¿Cómo funciona realmente la gravedad?

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Solo tengo 12 años y constantemente me pregunto y trato de entender cómo funciona realmente la gravedad. En YouTube, todos siempre hablan de objetos que deforman el espacio-tiempo a su alrededor y usan la analogía de un trampolín. Todavía no entiendo la gravedad porque si el espacio fuera como un trampolín, entonces la Tierra estaría girando en espiral hacia el sol junto con todos los demás planetas, ¿verdad? Entonces, ¿podría alguien explicarme cómo la gravedad realmente funciona sin la analogía del trampolín?

Jens
fuente
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Duplicado en física.SE: physics.stackexchange.com/questions/243317/…
David Hammen
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El trampolín del "mundo real" tiene fricción que actúa sobre las cosas en su superficie, por lo que gradualmente pierden energía y se mueven en espiral hacia adentro. En el espacio no hay fricción, por lo que los planetas permanecen en órbita casi para siempre.
pjc50
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Referencia obligatoria de XKCD .
Restablecer Monica
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Referencia obligatoria de Feynman . (Habla sobre imanes, pero la lección sobre cómo piensas sobre las cosas se aplica en cualquier ciencia.)
jpmc26
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@Zaibis No te sientas demasiado iluminado, creo que Luaan simplemente está equivocado. Si frena un objeto en órbita, perderá energía y altitud. En la nueva posición más baja (el perigeo) tendrá una velocidad más alta, pero en todo momento la suma de la nueva velocidad y la "energía potencial" del campo de gravedad es menor de lo que era en la órbita original, como lo demuestra el hecho de que será demasiado lento en el apogeo para mantener la órbita más alta original (¡lo ralentizamos allí!). Cf. mi respuesta a un comentario que Luaan hizo debajo de mi publicación a continuación. Confunde el efecto de dos fuerzas de marea no relacionadas en la luna.
Peter - Restablece a Monica

Respuestas:

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En primer lugar: "Cómo funciona realmente la gravedad" es una pregunta profunda, y cualquier científico serio reconocería rápidamente que todo lo que tenemos es un modelo de trabajo incompleto. Ciertamente has oído hablar de la relatividad general ; La primera imagen en la página es su trampolín.

Nuestro modelo de trabajo, Relatividad general, está funcionando porque explica muchas observaciones muy bien. (Cuidado, aquí hay otra pregunta profunda que persiste: "Explica" significa que podemos predecir algunas observaciones de otras observaciones con el modelo de gravedad que tenemos en nuestra mente. No necesariamente significa que comprendamos la "naturaleza real" de lo subyacente problemas.) Pero estamos muy seguros de que el modelo está funcionando en una amplia gama de observaciones. Una de las últimas observaciones "por primera vez" que siguió a las predicciones y, por lo tanto, nos dio más confianza en el modelo fue la colisión de dos agujeros negros últimamente. ¿Últimamente? Bueno, miles de millones de años atrás. Acabamos de enterarnos de eso últimamente. Aquí hay un enlace a un artículo del New York Times con un video impresionante. (Creo que todavía se puede leer un número limitado de artículos del Times de forma gratuita, así que pruébelo).

Nuestro modelo de gravedad está incompleto porque no se conecta bien con el modelo de la naturaleza que tenemos para otras cosas (partículas elementales, física cuántica). Por un tiempo (como 70 años más o menos) no se conectó en absoluto; El propio Einstein no logró conectar completamente los puntos, lo que probablemente no fue alentador ya que había recibido el Premio Nobel por sentar las bases de la física cuántica y era la autoridad obvia sobre la gravedad. Si él no podía hacerlo, ¿quién podría?

Si no me equivoco, los físicos de hoy están progresando, lentamente. Esta conexión entre la física cuántica y la gravedad es uno de los principales problemas no resueltos en la física moderna.

Por último, permítame abordar su preocupación por los planetas en espiral hacia el sol. Esta idea probablemente proviene de bolas reales en un trampolín real en espiral, supongo. Probablemente sepa que las bolas pierden velocidad debido a la fricción, de la misma manera que reduce la velocidad de su bicicleta cuando deja de pedalear. Parte de la energía cinética se transforma en calor.

¿Y sabes qué? Tienes razón. Con suficiente tiempo, los planetas eventualmente caerían al sol.Los satélites de bajo vuelo vuelven a la tierra después de unos años, porque todavía hay rastros de atmósfera que los ralentiza. La razón es que hay "fricción" en el sentido más amplio involucrado en todos los procesos a gran escala en el universo. Ese es en realidad uno de los principios físicos fundamentales que conforman el mundo que conocemos. Es solo que el vacío cercano entre los planetas no proporciona tanta fricción, y los planetas son cuerpos bastante masivos con una enorme masa y energía cinética. Les llevará mucho, mucho tiempo perder la energía suficiente para estar tan cerca como para tocar el sol. (Tal vez demasiado tiempo para que suceda). De hecho, a lo largo de la vida humana, los planetas, las lunas y otras cosas son ejemplos casi perfectos de movimiento sin fricción. Pero en la escala de tiempo astronómica- miles de millones de años -, ciertamente hay fricción. Por ejemplo, la luna nos muestra siempre el mismo lado porque la fricción desaceleró su rotación, de modo que la rotación ahora está "bloqueada" con su órbita.

En pocas palabras: la idea de que la gravedad dobla el espacio y el tiempo "explica" todas las observaciones a gran escala hasta el momento; la "cama elástica" es un buen modelo para un "espacio" bidimensional, es decir, una superficie, si ignora la fricción.

Peter - Restablece a Monica
fuente
La Luna también está mucho más lejos de lo que estaba en el pasado. La fricción de las mareas disminuyó su velocidad orbital, lo que aumenta el radio orbital. El radio está aumentando en unos cuatro centímetros al año, hoy en día.
Luaan
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+1 para "No estamos completamente seguros, pero estas son algunas de nuestras mejores conjeturas basadas en observaciones".
Cort Ammon - Restablece a Monica
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Por favor corrija la afirmación sobre la luna. La luna no está sincronizada ("bloqueada") por accidente, sino debido a las fuerzas de gravedad de las mareas: el lado más cercano de la luna sufre una gravedad mayor que la otra. Esta fuerza puede forzar al objeto a aumentar su rotación, si rotara más lentamente que la velocidad de la órbita.
libik
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@libik No puedo ver nada que necesite corrección (en particular, no dije ni implicaba "por accidente"; por el contrario, mencioné la fricción como una causa). Se podrían mencionar las fuerzas de marea, pero pensé que la fricción es lo suficientemente buena sin desviarse demasiado. Haces un punto interesante con una posible rotación acelerada debido a las fuerzas de marea; pero sigue siendo una ralentización (hasta cerca de 0) en relación con su marco de referencia orbital.
Peter - Restablece a Monica
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@Luaan Hay dos fuerzas de marea en juego. (1) La luna recibe energía de la rotación de la tierra por las fuerzas de marea que la tierra giratoria ejerce sobre ella, acelerándola en la dirección de la rotación de la tierra. Esto lo eleva (lentamente) más arriba en el pozo de gravedad de la Tierra, como dices correctamente. (2) La deformación cíclica de la luna ("amasamiento") causada por la rotación de la luna en el campo de gravedad no homogéneo de la tierra convirtió (ed) parte de la energía rotacional en calor, eventualmente sincronizando la órbita y la rotación, en cuyo punto casi no hay mareas lunares. más (menos de las debidas a la libración, creo).
Peter - Restablece a Monica
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¿Por qué no se escapan los objetos ?

Considere primero un objeto con velocidad y sin gravedad en acción:

escapando?

Entonces, ese objeto azul se volverá cada vez más distante, si continúa en la misma dirección.

Pero no continúa en la misma dirección, después de un tiempo, la gravedad del gran objeto negro ha cambiado su curso:

nuevo curso

Eso sucede una y otra y otra vez:

repetir

Su pregunta es: ¿Por qué el objeto no entra en espiral? Quizás esté pensando que a medida que se acerca, la gravedad se vuelve más fuerte y, por lo tanto, el objeto se ve obligado a acercarse aún más.

Pero cuando se acerca, su velocidad aumenta. Como hemos visto, la velocidad de los objetos intenta hacer que escape. Entonces, cuando está más cerca, tiene más velocidad para contrarrestar el aumento de la gravedad.

Editar: solo en caso de una interpretación más literal de su pregunta, el trampolín en la analogía original causa fricción y, por lo tanto, en espiral, pero el espacio es un vacío.

Hohmannfan
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Creo que la clave de por qué no cae es que en el espacio no tenemos fricción: en un trampolín, la energía se elimina constantemente de la pelota mediante fricción, mientras que en el espacio no hay nada que desacelere nuestro planeta, así que simplemente continúa
Jeff
@Jeff Editado en
Hohmannfan
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Mi profesor de física en la escuela secundaria dijo que "la tierra cae hacia el sol todo el tiempo, pero continúa perdiéndola debido a su velocidad".
Peter - Restablece a Monica el
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La analogía del trampolín es útil si comprende la gravedad dentro de un marco de relatividad general. El problema conceptual es que en realidad el espacio-tiempo está envuelto en 4, no en 3 dimensiones, es decir, incluido el tiempo.

De hecho, cuando la Tierra gira alrededor del Sol, pierde una cantidad muy pequeña de energía en forma de ondas gravitacionales. Entonces, la Tierra en realidad está girando en espiral hacia el Sol. La cuestión es que esta emisión de ondas gravitacionales es tan pequeña que, para cuando observemos una espiral considerable, la Tierra y el Sol ya habrían dejado de existir. Mucho antes de eso, el Sistema Solar se vuelve inestable debido a los efectos caóticos ya contenidos en la mecánica newtoniana clásica.

Santi
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Gran pregunta!

¿Has oído hablar de la primera ley de Newton? Dice que un objeto en movimiento continúa moviéndose a la misma velocidad y en la misma dirección a menos que una fuerza actúe sobre él .

Cuando hacemos rodar una pelota por el suelo, finalmente se detendrá. Antes de Newton, muchas personas creían que todo se ralentiza por sí solo. La idea de Newton fue que esto no es cierto, y en realidad la única razón por la que una bola rodante se ralentizará es porque el suelo y el aire rozan o empujan contra la bola para frenarla.

En un trampolín, una pelota rozará contra el material del trampolín y contra el aire, lo que lo ralentizará. Esta es la única razón por la que la pelota termina en espiral hacia el centro.

Cuando no hay nada que reduzca la velocidad del objeto, no se moverá en espiral hacia el centro, simplemente seguirá dando vueltas y vueltas para siempre. En el espacio no hay (casi) nada para frenar un objeto.

Si le resulta difícil de creer, puede escribir un programa de computadora para hacer todos los cálculos y ver qué sucede. He hecho una simulación de ejemplo para ti. Verás que sin fricción, el planeta terminará donde comenzó cada vez que gira alrededor del sol. Si cambia la velocidad inicial del planeta de 20 a 40 y luego hace clic en "Ejecutar" en la parte superior, verá una órbita más circular. Puedes cambiar otras cosas y ver qué pasa. ¡Espero que encuentres esto útil!

Artelius
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Buena simulación (Aunque el planeta escapó del sol después de acercarse. :-))
Peter - Restablece a Mónica el
Es un huevo de pascua;) En realidad, es un buen punto de discusión --- nos recuerda que la simulación SOLO simula la gravedad, no las colisiones, y también que cuando el planeta se acerca mucho al sol, el paso temporal de la simulación provoca Grandes inexactitudes. Esto se puede reducir con métodos numéricos más sofisticados como Runge-Kutta, ¡pero ahora estoy más allá del alcance de la pregunta!
Artelius
No sé si ya es la misma simulación cuando haces esto, pero si cambias la condición for-loop a i < 1y no i < 5y cambias el parámetro de tiempo de espera a setInterval en 10lugar de hacerlo 100, la simulación se vuelve mucho más agradable de ver . Corre un poco más rápido, pero la velocidad de fotogramas es mucho más alta, por lo que el movimiento del cuerpo exterior no es tan irregular.
Alex
Gracias Alex! En realidad, el parámetro de tiempo de espera debe ser 20 y luego (suponiendo que su CPU sea lo suficientemente rápido) es la misma simulación. En mi computadora, esto ralentiza la simulación en un 25%, presumiblemente porque mi CPU no es lo suficientemente rápida. Aún así, se ve más suave; Aquí hay una nueva versión simplificada: jsfiddle.net/0erknpk8/38
Artelius
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La inducción-refracción de la cadena de neutrinos es la causa de la gravedad. Algunos dirán que los neutrinos son insignificantes, pero Dirac, Hawking y Tyson piensan lo contrario y la mayoría descarta el efecto de una partícula cargada que viaja a la velocidad de la luz. Tenga en cuenta que nadie puede, o ha demostrado que la masa es una propiedad de la materia, más que un efecto.

Vaya a www.themechanismofreality.com, este sitio explica exactamente cómo funciona la gravedad. Todo físico que examina esto está de acuerdo en que esto es correcto. Desde el CERN hasta el Departamento de Física de la Universidad de Beijing, acuerdan que esta es una "conexión fantástica entre la física del gravitón y la teoría de cuerdas". Esto también fue confirmado, indirectamente, por LIGO y el anuncio de ondas de gravedad. ¡Disfruten!

SkipBerne
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Esta es una respuesta de solo enlace. (no se recomienda), también, ese papel parece un poco extraño hacia el final.
Hohmannfan
Tengo la persistente sensación de que la falta de matemáticas, referencias y colaboración indica que no es una ciencia revolucionaria, sino un artículo de ciencia popular. Es duro; uno, por supuesto, no debería agregar matemática gratuitamente solo para parecer serio. Pero este tipo de avance único que cambia el paradigma (que, creo, se afirma aquí, ya que nunca antes había oído hablar de él) es extremadamente raro.
Peter - Restablece a Mónica el
Para que la teoría del artículo sea más aceptable, puedes intentar ponerla en contexto. Por ejemplo, comience con lo que la teoría convencional (y sus famosos defensores) piensa que es un Neutrino y cómo interactúa, y por qué una suposición diferente podría explicar la gravedad.
Peter - Restablece a Monica el