¿Por qué experimentamos ingravidez durante la caída libre?

Esta es una muy buena pregunta y una que los profesores de física deberían explicar mejor en la escuela, porque confunde a todos en algún momento y la comprensión de este es un primer paso para comprender el principio físico de la relatividad.

Ocurre porque la fuerza (gravedad) se aplica de manera uniforme en todo el cuerpo: todas las partes de su cuerpo se aceleran de la misma manera al mismo tiempo. Por lo tanto, las moléculas y los átomos que componen su cuerpo no están comprimidos ni estirados de ninguna manera; no están perturbados uno con respecto al otro, ¡así que no puedes sentir que algo está sucediendo en absoluto!

Entonces, ¿por qué es diferente de cuando te aceleran en un automóvil?

Eso es porque en ese caso, la fuerza no se aplica de manera uniforme en todo el cuerpo. Imagina un gran estallido de tu cuerpo. A medida que el automóvil acelera, el asiento presiona las moléculas de su espalda, que se desplazarán hacia adentro. El resto de su interior permanece inmóvil hasta que las moléculas en el costado de su espalda comienzan a presionarlas. De esta manera, su cuerpo tiene que soportar la compresión, que puede sentir.

Entonces, ¿por qué nos sentimos más pesados ​​en la Tierra que en la luna, si la gravedad no es algo que sentimos?

La gravedad es una fuerza interesante, ya que se aplica de manera uniforme en todo un objeto, no solo en el exterior. Sin embargo, no es la única fuerza que encontramos: si lo fuera, nos hundiríamos en el suelo. En cambio, la fuerza gravitacional es contrarrestada por el suelo, lo que nos empuja hacia arriba. Es ese empuje, aplicado a las plantas de nuestros pies, lo que sentimos. Y dado que esa fuerza equilibra exactamente la fuerza gravitacional, es más pequeña en la luna que en la Tierra.

Esta es realmente una muy buena ilustración del principio de la relatividad. Establece que las leyes de la física son independientes de nuestra elección del marco de referencia, que es, en términos generales, el sistema de coordenadas que usamos para medir ubicaciones y velocidades. Significa que no hay forma de saber qué marco de referencia es el “correcto”. En el caso de la caída libre, esto significa que es imposible saber si estás cayendo hacia la Tierra mientras la Tierra está estacionaria, o si la Tierra está cayendo hacia ti, mientras estás inmóvil: el caso depende del marco de referencia que prefieras. Si bien puede tener fuertes intuiciones sobre qué marco de referencia es el “correcto” (su intuición probablemente dice que nos movemos y la Tierra no), físicamente hablando, ambos puntos de vista son igualmente válidos, y no hay forma de detectar cuál es cuál.

Primero, el peso no es causado por la gravedad . Es la resistencia a la aceleración de un cuerpo. En la superficie de la tierra, es la fuerza hacia arriba ejercida por la tierra que resiste la fuerza de gravedad hacia abajo. En una estación espacial giratoria, el peso es la fuerza hacia adentro de la pared exterior de la estación espacial sobre el cuerpo (fuerza centrípeta).

Segundo, la caída libre no es causada por la gravedad . La caída libre es el resultado de no resistir la aceleración de la gravedad (caer libremente). Cuando estás en órbita alrededor de un planeta u otro cuerpo celeste, siempre estás cayendo hacia la superficie, pero tu velocidad (siempre tangencial al cuerpo que estás orbitando) hace que constantemente pierdas el planeta.

Cuando está en órbita, está en caída libre, por lo que no tiene peso. Si usa un cohete para acelerar, sentirá el peso de la aceleración. Si te sumerges en la atmósfera, la resistencia de la atmósfera te ralentizará y sentirás el peso de la desaceleración. De vuelta en la superficie, sentirás la presión de la superficie presionando contra tus pies a medida que la gravedad de la tierra intenta acelerarte hacia el centro de la tierra.

El peso es causado por dos factores. La atracción gravitacional hacia abajo de la tierra que actúa sobre ti es la fuerza de peso ejercida por la tierra sobre ti. Pero tiene sensores en su cuerpo que tienen que responder a esta fuerza antes de darse cuenta de la fuerza que actúa sobre usted. Sus sensores de fuerza solo se activan cuando están en contacto con otro objeto.

Normalmente, para una persona de pie, los sensores de fuerza en las plantas de los pies solo experimentan una fuerza cuando se para sobre una superficie rígida que puede empujar contra usted.

Empujas la superficie hacia abajo, pero solo experimentas peso cuando actúa la fuerza inversa y la superficie empuja hacia atrás contra las plantas de los pies.

Una regla básica que se pasa por alto: las fuerzas siempre vienen en pares.

Se necesitan dos objetos para producir una fuerza. Tú y la tierra. Sus sensores de fuerza solo pueden verse afectados por un objeto con el que están en contacto . Si un objeto te pasa, no sientes nada. Si el objeto te golpea, entonces lo sientes.

El efecto de peso que sienten sus sensores de fuerza es producido por su fuerza de peso ejercida por usted sobre una superficie sólida y su fuerza inversa que ejerce la superficie sólida sobre usted. (Esta fuerza inversa a menudo se llama erróneamente la fuerza de reacción. Si se trata de una reacción, debería haber algún tipo de retraso entre la acción y la reacción. Por ejemplo, alguien te hace un favor y tú reaccionas algún tiempo después de eso y luego haces ellos un favor).

Pero cuando su peso empuja hacia abajo, la superficie empuja hacia arriba al mismo tiempo con una fuerza inversa. Entonces, cualquiera de las fuerzas podría elegirse como la fuerza. Ninguna fuerza fue una acción que provocó una reacción posterior.

Entonces, cuando estás en caída libre, solo tienes la mitad de la historia. Estás siendo arrastrado hacia la tierra. Pero la fuerza inversa está en algún lugar dentro de la tierra cuando la tierra siente que la empujas hacia arriba. Pero sus sensores de fuerza no pueden experimentar esta fuerza inversa que ejerce sobre la tierra porque no está en contacto con la tierra mientras cae.

Entonces no sientes nada mientras caes, pero de repente sientes tu peso cuando golpeas la tierra. El problema no es su peso, sino el cambio en su peso, que es cero mientras cae y luego aumenta a su peso adecuado cuando está parado. Si este cambio de peso de cero a 500N ocurre demasiado rápido, entonces entran en juego fuerzas de desaceleración que son horriblemente grandes y que son demasiado grandes para que sus huesos y su carne puedan hacer frente. Un impacto en poco tiempo es el asesino. Estire el tiempo y las fuerzas de desaceleración disminuyen. Si, en lugar del terreno duro, golpeas un trampolín que se extiende debajo de ti, entonces tu cambio de peso de cero a 500 N tomaría más tiempo y sobrevivirías ileso.

Puede entrar en un recipiente completamente cerrado y llevar un objeto con usted como una manzana. Luego, deje caer ese contenedor desde una altura razonable, por ejemplo desde la parte superior de Burj Khalifa, que tiene unos 830 metros de altura, porque necesita algo de tiempo para hacer su experimento antes de tocar el suelo. Acelerará a una velocidad de 9.8 m / s debido a ‘g’ (aceleración debido a la gravedad).

Entonces, a medida que caes, sentirás ingravidez y debido a que el contenedor está cerrado, la atmósfera en su interior también se mueve con la misma aceleración que no te dará la sensación de que estás cayendo. Ahora deja caer la manzana y no tocará el suelo, podría moverse un poco pero no golpearía el suelo hasta que la arrojes con mucha fuerza.

¿Sabía que la Estación Espacial Internacional está cayendo constantemente, pero su fuerza centrípeta para moverse paralela a la Tierra en lugar de caer directamente es lo que los mantiene en órbita? Esa es la misma razón por la cual los planetas, lunas y cometas también están en órbita.

Hola compañeros graviteers

Fuerza = Masa x aceleración, sin aceleración no sentimos fuerza.

Lo siento, no puedes ignorar el aire, es un jugador clave en caída libre

En tierra estamos en el aire, el aire tiene una densidad de 1 Kg por metro en cubos en comparación con nuestra densidad que es de 1000 Kg por metro en cubos.

Constantemente hay una batalla entre el aire que nos rodea y el piso en el que estamos parados, en el que uno está en el orden jerárquico, será el más cercano al centro de la Tierra. Hay una fuerza que hace que los tres competidores cambien de posición. Esta es la fuerza de clasificación.

Fuerza de clasificación = gx volumen del objeto x (densidad objeto-densidad media)

Luego usamos esta Fuerza de clasificación para calcular la g real llamada g efectiva que está sucediendo en la situación. g efectivo = fuerza de clasificación / objeto de masa

Toma a sí mismo.

Masa = 80 Kg densidad 1000 volumen 0.08 metros en cubos

Air v you

Fuerza de clasificación = 9.81x 0.08x (1000–1) = 784.0152 Newtons hacia abajo

g efectivo = 784.0152 / 80 = 9.8 metros por segundo al cuadrado

A medida que ascendemos en la atmósfera, g se hace cada vez más pequeño por 1 / d al cuadrado

También la densidad del aire decae de manera similar, de modo que la fuerza de clasificación es muy alta; g eficaz yg son muy similares en actitud.

Entonces, ¿qué sucede cuando saltamos de un avión a 20,000 pies?

Inicialmente sentimos una gravedad inversa a medida que nuestros órganos se empujan hacia arriba a medida que aceleramos rápidamente. Esto se estabiliza en una aceleración muy baja debido a la fricción creada entre ustedes y el aire. Esta fuerza hacia arriba es proporcional a la velocidad. Esto hace que el g efectivo se reduzca a una fracción de lo que sería en una situación estática. A medida que te acercas más y más a la Tierra, la densidad del aire crece hacia su máximo 1 Kg por metro en cubos al nivel del mar yg hasta su máximo de 9,8 metros por segundo al cuadrado. Esto te ralentiza muy lentamente, tan lentamente que no puedes sentirlo. Entonces pareces estar cayendo a una velocidad constante sin aceleración. La segunda ley de movimiento de Newton de arriba nos dice que no hay fuerza en la aceleración cero, por lo que no hay fuerza hacia arriba o hacia abajo. Nos estamos moviendo con la inercia recién almacenada desde la aceleración inicial. Esto no es cierto, ya que en realidad siempre hay una fuerza de clasificación hacia abajo que lo empuja hacia el suelo, acelerándolo completamente. La cantidad de aceleración se reduce a medida que cae, pero no a cero, ya que siempre es más denso que el aire a cualquier altitud. Un paracaídas ralentiza esta aceleración a un regate. Si luego aterrizas en el agua, tu densidad es la misma y tu aceleración es absorbida por el agua muy rápidamente. Te vuelves ingrávido una vez más. Fuerza de clasificación = 0 g efectiva = 0

Miguel

El cuerpo humano es aproximadamente 60% de agua. Puedes ver que somos globos de agua con huesos dentro. Ahora imagine cada órgano como un globo de agua individual, dentro de una bolsa que es su cuerpo (sin miembros ni cabeza).

Si está de pie, los globos en la parte inferior serán aplastados entre la parte inferior de la bolsa y los de arriba, empujados hacia abajo por la gravedad. Cada uno de ellos tratará de extenderse en dirección horizontal (paralela al suelo), el agua se detendrá por la superficie elástica del globo y cada globo se limitará a la superficie de la bolsa.

Esta física blanda no ocurre en caída libre, ya que la bolsa exterior no descansa sobre una superficie, por lo que el fondo de la bolsa, por ejemplo, no se deformará y empujará hacia atrás los globos, y estos no estarán debajo del presión de los de arriba.

Imagine que está en un automóvil acelerando a una velocidad constante, digamos … 9.8m / s / s. Sientes la aceleración, ¿no? Esto se debe a que la fuerza se aplica sobre su espalda y nuevamente, sus globos * tos * * tos * sus órganos están siendo aplastados, en una dirección que es perpendicular a la del resultado de las fuerzas aplicadas en su cuerpo.

Ahora, si usted está cayendo libremente, no hay una superficie en la que se aplique la fuerza porque cada pequeño de ustedes está bajo el mismo vector de fuerza desde el principio y su cuerpo no se deforma para acomodar el desplazamiento causado por esa superficie hipotética .

EDITAR para obtener información adicional:

Los astronautas en realidad se hacen más altos en el espacio ya que la presión ejercida sobre los discos espinales no existe en el espacio y no se aplastan entre las vértebras. Scott Kelly de la NASA resultó ser 5 cm más alto (2 pulgares en unidades imperiales) después de regresar de una estancia de 340 días en el espacio.

Todos parecían decirte qué es lo que sientes cuando experimentas la gravedad, pero nadie respondió tu pregunta … ¿por qué no sentimos una fuerza cuando estamos en caída libre?

Bueno, esto es, en parte, lo que llevó a Einstein a desarrollar su teoría de la relatividad general.

Einstein explica que la gravedad no es en realidad una fuerza, solo una consecuencia del movimiento a través del espacio-tiempo curvo. No hay fuerza que realmente te obligue a la tierra.

La relatividad general da lugar a fuerzas ficticias debido a la curvatura del espacio-tiempo. Entonces la gravedad es una fuerza ficticia que causa una aceleración aparente.

Un ejemplo de ficticio, sin entrar demasiado en el espacio-tiempo curvo, es el efecto coriolis.

El efecto coriolis hace que parezca que un objeto comienza a curvarse a medida que viaja, lo que implica que hay una fuerza que actúa sobre él, pero en realidad el objeto no se curva debido a una fuerza, solo parece curvarse debido a su rotación marco de referencia (rotación de tierras).

La definición actualmente aceptada de inercia es algo así:

La primera ley del movimiento de Newton establece que “un objeto en reposo permanece en reposo y un objeto en movimiento permanece en movimiento con la misma velocidad y en la misma dirección a menos que actúe una fuerza desequilibrada”. Los objetos tienden a “seguir haciendo lo que están haciendo”. De hecho, es la tendencia natural de los objetos resistir los cambios en su estado de movimiento. Esta tendencia a resistir los cambios en su estado de movimiento se describe como inercia . Inercia: la resistencia que tiene un objeto a un cambio en su estado de movimiento.

Masa como medida de la cantidad de inercia Todos los objetos resisten los cambios en su estado de movimiento. Todos los objetos tienen esta tendencia: tienen inercia. Pero, ¿algunos objetos tienen más tendencia a resistir los cambios que otros? ¡Absolutamente sí! La tendencia de un objeto a resistir los cambios en su estado de movimiento varía con la masa. La masa es esa cantidad que depende únicamente de la inercia de un objeto. Cuanta más inercia tenga un objeto, más masa tendrá. Un objeto más masivo tiene una mayor tendencia a resistir los cambios en su estado de movimiento.

Hablemos de la definición de gravedad actualmente aceptada. Va algo como esto:

La fuerza de atracción gravitacional entre la Tierra y otros objetos es inversamente proporcional a la distancia que separa el centro de la tierra del centro del objeto. Pero la distancia no es la única variable que afecta la magnitud de una fuerza gravitacional. Considere la famosa ecuación de Newton

F neto = m • a

Newton sabía que la fuerza que causó la aceleración (gravedad) de la manzana debe depender de la masa de la manzana. Y dado que la fuerza que actúa para causar la aceleración hacia abajo de la manzana también causa la aceleración hacia arriba de la tierra (tercera ley de Newton), esa fuerza también debe depender de la masa de la tierra. Entonces, para Newton, la fuerza de gravedad que actúa entre la tierra y cualquier otro objeto es directamente proporcional a la masa de la tierra, directamente proporcional a la masa del objeto e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa los centros de la Tierra. La tierra y el objeto.

Relación: la cantidad de materia de un objeto sólido determina la magnitud de la fuerza de inercia y la fuerza de la gravedad.

Gravedad

La gravedad se ha explicado con ejemplos. La ilustración que más me gusta es el trampolín.

La elasticidad de la estera del trampolín y los resortes da la tensión inicial. A medida que agregamos una carga en el trampolín, esencialmente aumentamos el estrés en una superficie bidimensional. La flexión del espacio es muy similar. La distancia entre un punto en un lado del trampolín y un punto en el otro lado del trampolín (diámetro del trampolín) no cambió, pero si medimos la superficie estirada, terminamos con una distancia un poco mayor entre esos mismos dos puntos. Lo mismo le sucede al espacio cuando la materia está presente. La materia coloca una carga en el espacio haciendo que se contraiga radialmente hacia adentro hacia la materia.

Cuanto mayor es la “flexión” del espacio, mayor es la atracción gravitacional. En el caso del trampolín, la pendiente hacia el centro hace que los objetos dentro del radio del trampolín se muevan hacia el centro.

Esa es una buena analogía de la gravedad.

Ahora, explicar por qué un objeto que cae no siente aceleración es fácil. Pero muchos en la comunidad científica no lo “entienden”. Tanto el objeto como el marco inercial del objeto se mueven simultáneamente hacia la fuente gravitacional.

Balancea tu puño por el aire. Se mueve libremente (ignorando la resistencia del aire, como con su pregunta)

Ahora, golpea una bolsa pesada. Boom, el puño se detiene, puedes sentir los huesos golpeando contra ti, luego el puño contra la muñeca, la muñeca en el antebrazo, el antebrazo en el codo, la parte superior del brazo, el hombro, todo el seguimiento ejerce presión sobre cada parte de todo el cuerpo hasta los pies (con suerte bien plantados).

¿No estás lo suficientemente convencido? Intenta poner un huevo en tu puño. Balanceándose en el aire, no pasa nada. Golpea esa bolsa pesada y crujiente, ahí va el huevo, aplastado por la presión ejercida por tu mano cuando la bolsa se detiene.

¿Crees que ese es tu puño cerrado, apretando el huevo? OK, olvide su puño, ponga el huevo en una caja de tupperware y gírelo. El huevo está bien, ¿verdad? Ahora balancee la caja para que se golpee contra la pared tan fuerte como pueda. Abre la caja … ooops. El huevo se rompe contra el lado de la caja, porque todavía está tratando de moverse pero la caja se ha detenido.

Cuando sientes la fuerza de la gravedad, no es la gravedad lo que sientes, son tus diversos órganos tratando de seguir su atracción, pero siendo detenidos por el suelo, por tus zapatos (que son detenidos por el suelo) por tus suelas ( detenidos por sus zapatos) por sus tobillos (detenidos por sus pies) por sus piernas (detenidos por sus tobillos) por su pelvis (detenidos por sus piernas) y así sucesivamente. Todo está empujando contra algo.

Pero si saltas en el aire, de repente cada parte de ti es libre de moverse, nada más se detiene. Todo el camino hacia arriba, a medida que disminuye la velocidad, todo el camino hacia abajo, a medida que acelera, nada lo detiene, como balancear el puño o esa caja, por el aire.

Hasta que golpeas el suelo, y de repente te detienes, y todo tiene que reducir la velocidad muy repentinamente … entonces sientes varias veces la fuerza de la gravedad.

La parte “libre” de la caída es lo que te hace sentir “ingrávido”.

Y al volver a colocar la resistencia del aire, a medida que aceleras, pasar por el aire en el camino hacia abajo trabaja más y más duro para desacelerarte, hasta que ya no aceleres en absoluto … y sientas la fuerza de gravedad completa como si estaban acostados en una cama de agua.

No es la gravedad lo que sientes, es la resistencia a seguir el tirón.

Déjame explicarte en una prueba matemática.

1. Levantar en la prueba o moverse con velocidad uniforme. En tales casos, el peso aparente es el mismo que el peso real. (W = mg)

2) La elevación se mueve hacia arriba con una aceleración ‘a’. El peso aparente es más que el peso real. Peso real = mg

Peso aparente = m (g + a)

3. La elevación se mueve hacia abajo con una aceleración ‘a’. El peso aparente es menor que el peso real.

Peso aparente = m (g – a)

4. El elevador cae libremente con una aceleración

a = g

El hombre en el ascensor sentirá ingravidez.

Peso aparente = m (g – a)

= m (g – g) = 0

Por eso un objeto siente ingravidez.

Saltos de bungy y saltos de paracaídas. Cualquier forma de entrar en caída libre, básicamente. En el salto con bungy no es exactamente cero g porque el cable te está empujando hacia abajo, por lo que aceleras un poco más rápido. En el paracaidismo, solo los primeros segundos están cerca de la ingravidez, luego el arrastre de aire crea demasiada fuerza y ​​usted simplemente “miente” en el flujo de aire. Pero los primeros segundos valen la pena. Hice una docena de saltos desde aviones y helicópteros y realmente disfruté esa parte, los primeros momentos después de que entraste en la nada, sintiéndome ingrávido.

Su peso es la cantidad de reacción a la atracción gravitacional que experimenta su cuerpo. Su peso aumentaría con el aumento de la gravedad y disminuiría con la disminución de la gravedad. Esta reacción es cuando la Tierra te empuja hacia atrás, como la gravedad te empuja contra la Tierra. En caída libre, no hay reacción al tirón gravitacional de su cuerpo, por lo que literalmente no tiene peso.

Si alguna vez has probado el paracaidismo, te sientes lejos de la ingravidez, cada parte de tu cuerpo siente la aceleración.

Caída libre en el vacío, ahora ese es otro asunto completamente diferente. Aunque si se estuviera moviendo hacia un objeto que está dentro de su alcance de visión, quizás aún sentiría la aceleración. Solo soy un laico, estoy seguro de que alguien con un conocimiento más profundo de la física podría iluminarnos aún más.

Cuando un objeto se coloca sobre una superficie, existe la fuerza de gravedad habitual que lo empuja hacia abajo, pero también existe la fuerza normal que actúa de manera normal (perpendicular) a la superficie. Lo ejercen las superficies para evitar que objetos sólidos pasen entre sí. ¿Te dolió cuando te topaste con una caja de madera? Esa es la fuerza normal. La razón por la que siente su “peso” es porque la gravedad lo empuja hacia abajo, hay una fuerza para contrarrestarlo. Mientras está en caída libre, no hay nada que empuje contra el objeto, solo la gravedad lo empuja hacia abajo. Por eso te sientes ingrávido.

Porque nada impide que la gravedad te empuje hacia abajo. El “peso” es lo que llamamos la resistencia a la fuerza de la gravedad causada por la sustancia de la tierra que nos empuja. En un sentido real, “peso” es el grado en que estamos atrapados entre las fuerzas opuestas de la gravedad y la repulsión electromagnética (entre los electrones externos en nuestros cuerpos y los átomos que forman la tierra).

Puede encontrar una discusión más completa sobre la gravedad aquí: http: //SputniksOrbit.cStuartHard …

De pie en la Tierra, la gravedad tira de sus órganos, fluidos y otras partes de su cuerpo hacia abajo para que apliquen presión interna. Su cuerpo puede sentir el tirón hacia abajo en varias partes, y su mente traduce esto en una sensación de tener peso.

Cuando está en caída libre, sus partes internas también lo están, por lo que no están aplicando ningún tirón hacia abajo interno.

Si no sientes la gravedad, ¿qué te hace caer libremente?

EDITAR: Desde que editó la pregunta, también editaré mi respuesta.

El peso que siente es en realidad la reacción normal que actúa sobre su cuerpo debido a la superficie en la que está parado. Durante la caída libre no hay reacción normal, de ahí la ingravidez.

Porque el “sentimiento” de la gravedad en realidad proviene de luchar contra la gravedad. Solo sentimos la gravedad cuando algo, la superficie sólida de la Tierra, nos impide dar paso a ella. Lo que realmente estamos sintiendo es el suelo luchando contra la gravedad. Si le das paso a la gravedad, no hay nada que sentir.

Porque cuando no estás en caída libre, es decir, cuando estás apoyado por el suelo, experimentas la gravedad como una aceleración constante lejos del centro de masa. Cuando está en caída libre hacia el centro de masa, ya no experimenta aceleración lejos de la masa, por lo que se siente sin peso.