Definición de Fuerzas de Marea

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

Las fuerzas de marea, a veces también llamadas simplemente “mareas”, son un efecto que resulta de la interacción gravitatoria entre dos o más cuerpos. Las fuerzas de marea en un cuerpo aparecen debido a la diferencia de la fuerza gravitatoria que ejerce un segundo cuerpo a lo largo del primero. Este fenómeno es el responsable de la existencia de mareas en los cuerpos de agua de nuestro planeta.

Quizá, muchos de nosotros hemos escuchado que en las costas el nivel del mar sube durante las noches, o como muchas veces se dice, que “sube la marea”. Este fenómeno ha sido de gran relevancia para la navegación y la pesca, y es aún más increíble el darse cuenta de que en gran medida las mareas son el resultado de la influencia gravitatoria que tienen la Luna y el Sol sobre nuestro planeta Tierra.

La Física de las fuerzas de marea

La fuerza de gravedad es la responsable del movimiento de los cuerpos celestes. Cuando se comienza a estudiar la interacción gravitatoria entre objetos masivos, por simplicidad, se suele tratar a estos cuerpos como masas puntuales, es decir, como si toda la masa de dicho cuerpo estuviera concentrada en un punto infinitesimal. Y si bien esto es válido si asumimos que los cuerpos involucrados son perfectamente esféricos, la realidad es un tanto más compleja.

Pongamos como ejemplo el sistema Tierra–Luna. La Luna orbita alrededor de la Tierra por acción de la gravedad. No obstante, ni la Luna ni la Tierra son masas puntuales, son cuerpos masivos que tienen un radio promedio de 1700 y 6400 kilómetros, respectivamente.

Recordemos que la fuerza de gravedad entre dos masas disminuye con el cuadrado de la distancia que hay entre ellas. Sea Fg la magnitud de la fuerza gravitatoria entre dos masas m1 y m2 separadas por una distancia r, esta tiene la forma:

Donde G es la constante de gravitación universal. Volviendo al ejemplo de la Tierra y la Luna, con esto podemos darnos cuenta de que la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra es mayor sobre la cara de la Luna, que está más cerca de ella y es menor en la cara opuesta a la Tierra. Lo mismo ocurre en sentido opuesto, la cara de la Tierra que está orientada hacia la Luna siente una mayor atracción gravitatoria con respecto a la cara que se encuentra en el lado opuesto.

En realidad, este efecto ocurre en cualquier punto de ambos cuerpos debido a que se encuentran a distancias diferentes del otro cuerpo atractor. Esto es lo que se conoce como “Fuerza de Marea” y es resultado de la diferencia en la atracción gravitatoria que ejerce un cuerpo sobre distintos puntos de un segundo objeto como resultado de la distribución espacial de masa que tiene este.

Los efectos de las fuerzas de marea en nuestro planeta

En la explicación abordada vimos cómo la Tierra experimenta fuerzas de marea debido a la atracción gravitatoria de la Luna, sin embargo, omitimos algo muy relevante en este fenómeno y es la rotación de la Tierra. Las fuerzas de marea en conjunto con la rotación terrestre dan lugar a varios fenómenos y efectos muy curiosos.

Una consecuencia de esto es la existencia de las mareas oceánicas. En las costas de nuestro planeta se presentan dos mareas altas en un periodo aproximado de 24 horas y 53 minutos. Quizá, nos pueda surgir la pregunta de por qué hay dos mareas altas por día. En la cara de la Tierra que está orientada hacia la Luna el nivel del mar sube come consecuencia de las fuerzas de marea, no obstante, en la cara opuesta ocurre lo mismo como consecuencia de la fuerza centrífuga originada por la rotación de nuestro planeta. Es por ello que hay dos mareas altas en cada periodo de rotación de la Tierra. Cabe destacar que en estos fenómenos también se ve involucrada la atracción gravitatoria que ejerce el Sol sobre nuestro planeta.

Otro efecto producto de este par de procesos es la ralentización de la rotación de nuestro planeta. Se calcula que cada siglo el periodo de rotación de nuestro planeta aumenta 0.0016 segundos, lo cual es muy poco, pero pasado algunos miles de años tendrá un efecto notable. Además, la Luna se aleja unos 4 centímetros cada año también como consecuencia de ello.

Las fuerzas de marea que ejerce la Tierra sobre la Luna provocaron que su periodo orbital y su periodo rotacional se sincronizaran. Este fenómeno se conoce como “Acoplamiento de Marea” y es el responsable de que una cara de la Luna esté volteando siempre hacia nuestro planeta y la otra cara esté orientada en el sentido opuesto. Esto mismo ocurrirá con nuestro planeta dentro de unos miles de millones de años.

Fuerzas de marea en otros fenómenos astronómicos

Cómo hemos visto, las fuerzas de marea son un resultado directo de la diferencia de atracción gravitatoria que existe a lo largo de un cuerpo, por lo que este fenómeno no solo se limita a la Luna y la Tierra.

En algunos sistemas binarios de estrellas en los que una de ellas es mucho más masiva que la otra, la estrella con mayor influencia gravitatoria comenzará a “desgarrar” a su hermana como consecuencia de las fuerzas de marea. Esto hace que material de la estrella menor sea atraído hacia la estrella con más masa y se formen discos de acreción. Esto mismo puede ocurrir cuando una estrella desgarra a un planeta por medio de este mismo proceso.

Las fuerzas de marea también pueden estar presentes en las inmediaciones de un agujero negro como consecuencia de su fuerte gravedad. Los objetos astronómicos cercanos a un agujero negro también pueden ser desgarrados violentamente por las fuerzas de marea. Además, pasando el horizonte de sucesos de un agujero negro, las fuerzas de marea son tan grandes que un objeto que entre a esta zona será estirado por ellas en un proceso denominado “Espaguetización”.

Finalmente, se ha observado que varios exoplanetas que han sido descubiertos están acoplados por marea con su estrella madre, que es lo mismo que ocurre con la Luna y la Tierra. Esto es consecuencia de la cercanía que existe entre dichos exoplanetas con su estrella y las fuerzas de marea involucradas. El acoplamiento de marea en este caso hace que una cara del planeta esté siempre orientada hacíia la estrella y la otra esté volteando en sentido opuesto. Estudiar este tipo de sistemas permitiría entender cómo son los patrones climáticos bajo estas condiciones.

 
 
 
 
Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Trabajo publicado en: Feb., 2024.
Datos para citar en modelo APA: Zamora Ramírez, A. (febrero, 2024). Definición de Fuerzas de Marea. Significado.com. Desde https://significado.com/fuerzas-de-marea/
 

Referencias

Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie. (2014). An Introduction to Modern Astrophysics. Edinburgh: Pearson.

Stephen T. Thornton & Jerry B. Marion. (2003). Classical Dynamics of Particles and Systems. United States: Thomson Brooks/Cole.

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