En relación con estas cuestiones, dos siglos después de que
Newton enunciara la ley de gravitación universal, se elaboró el concepto de
campo, que rivalizó con la noción tradicional de fuerza y empezó a desplazarla.
Lo introdujo Faraday (1791-1867) para interpretar las leyes que rigen las
acciones entre cargas, corrientes eléctricas, e imanes, y pronto se mostró como
uno de los conceptos más fructíferos de la física.
Por definición, el campo gravitatorio (g) que produce un cuerpo en un punto cualquiera es igual al
cociente entre la fuerza de atracción gravitatoria que dicho cuerpo ejerce
sobre una masa testigo o masa de prueba colocada ahí y el valor de dicha masa
de prueba.
Para desarrollar de forma operativa esta definición a la
izquierda se ha representado la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un
cuerpo celeste sobre un objeto de prueba. El módulo de dicha fuerza se calcula
con la ley de gravitación universal:
Donde M es la masa del cuerpo celeste que produce el campo,
m es la masa del cuerpo de prueba y r es la distancia entre los dos objetos
(medida de centro a centro)
Por tanto, el módulo del campo gravitatorio que produce el
cuerpo de masa M en el punto donde se colocó la masa testigo es:
Esta expresión dice que el valor del campo gravitatorio no
depende de la masa testigo que se coloque en el punto (m), y sí de la masa (M)
del cuerpo celeste que crea dicho campo y de la distancia (r) entre el punto y
el centro de masas de dicho cuerpo celeste.
Así se sustituye una interpretación del fenómeno en función
de la interacción gravitatoria entre dos cuerpos, por otra que atribuye el
mecanismo de la interacción al campo creado por uno de ellos: El cuerpo celeste
(de masa M) perturba el espacio, creando un campo gravitatorio, Eg, y, al
colocar en cualquier punto del espacio perturbado otro cuerpo (de masa m), se
ejerce sobre él una fuerza proporcional a su masa y al campo:
F = m·Eg
Para completar la definición del campo se introduce el
concepto de líneas de fuerza, cuyo trazado se realiza dibujando líneas
tangentes a los vectores que representan el campo en cada punto. Como la fuerza
gravitatoria es de atracción (y no se llega a anular a ninguna distancia), las
líneas de fuerza del campo gravitatorio proceden de una distancia
"infinita" y se dirigen hacia el cuerpo o hacia los cuerpos que lo
producen. Conviene además observar que la densidad de líneas de fuerza es un indicador
de la intensidad del campo en cada lugar, puesto que éste es más intenso cuanto
más cerca nos encontramos del objeto que lo produce (región donde se aprietan
las líneas de fuerza) y más débil a medida que nos alejamos de él (donde las
líneas de fuerza quedan cada vez más separadas).
Cuando se considera un sistema formado por varios cuerpos
celestes, el campo gravitatorio en cada punto del espacio se obtiene sumando el
campo que produce cada uno de ellos. Principio de superposición:
