¿Es la Tierra un marco de referencia no inerte?

El acto de definir marcos de referencia es solo eso: creamos lo que es un marco de referencia basado en nuestras necesidades analíticas particulares. Para realizar muchos experimentos de la complejidad y precisión posibles hoy en día, la elección del marco de referencia se vuelve muy importante.

En la realidad verdadera y absoluta, como se ajusta a las teorías de la relatividad de Einstein, ningún marco es absolutamente inercial. Para la aplicación práctica de la física en la astrodinámica actual, a menudo “definimos” la esfera celestial (Wikipedia) como un marco de referencia inercial, marcando las estrellas distantes como relativamente inmóviles en el universo visible. Pero sabemos que incluso esas estrellas se están moviendo, de manera relativamente imperceptible en relación con las estrellas más cercanas y nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

En verdad, podemos definir la Tierra como el centro de un marco de referencia inercial y luego definir todos los demás movimientos de todos los demás cuerpos que se moverán en relación con ese marco inercial. En esencia, podemos definir un sistema de coordenadas en el que el Sol realmente orbita la Tierra inercial.

Cualquiera de los dos cuerpos en movimiento uno con respecto al otro puede tener el marco de referencia inercial definido por uno u otro cuerpo. Incluso es posible definir el marco de referencia inercial sobre el centro de masa de dos cuerpos y, por lo tanto, ver ambos cuerpos orbitando simultáneamente.

Esta es la base central de la teoría de la relatividad, que un primer observador puede observar un universo que se mueve alrededor del primer observador, donde para el primer observador el marco de referencia local es inercial (no se mueve). Y al mismo tiempo, un segundo observador puede definir el marco de referencia del segundo observador como inercial y ver el marco de referencia del primer observador como no inercial.

El mejor marco de referencia inercial para fines generales que podemos definir es la esfera celeste (Wikipedia) utilizada por los astrónomos y ese marco de referencia está vinculado a las estrellas distantes. Pero durante un largo período de tiempo sabemos incluso que el marco de referencia cambiará y, por lo tanto, no es realmente inercial.

Entonces, desde un punto de vista relativista, la Tierra puede definirse como un marco de referencia inercial y no inercial.

Un buen ejemplo de cómo usamos un marco de referencia inercial, la esfera celestial (Wikipedia), son los cálculos realizados con el propósito de rastrear satélites. Hacemos referencia a la ubicación de los satélites en la mayoría de las aplicaciones prácticas utilizando la esfera celestial – (Wikipedia) como marco de referencia inercial. En ese marco de referencia, determinamos cuándo un satélite podría ser visible calculando su ubicación sobre una Tierra giratoria (no inercial). Pero al mismo tiempo, calculamos un vector de puntería a partir del marco de referencia local, tratado como inercial, para representar hacia dónde queremos apuntar nuestro telescopio, que está fijado a la superficie de la Tierra.

Vamos a simplificar nuestro análisis. Estamos tratando de saber sobre la Tierra y el marco de referencia no inercial. Esto plantea las preguntas ‘¿Qué es la inercia ?, ¿Qué es el momento de inercia ?, ¿Qué son los marcos de referencia inerciales y no inerciales? ‘. Creo que entendiendo lo primero podemos entender fácilmente qué es la Tierra.

Inercia:

La inercia es una propiedad de la materia que cumple las dos primeras leyes de la física de Sir Issac Newton:

  1. Un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo.
  2. Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento.

La inercia es una medida de la fuerza que mantiene un objeto estacionario inmóvil, o un objeto en movimiento que se mueve a su velocidad actual. Cuanto mayor es la inercia, mayor es la fuerza que se requiere para producir algún cambio en su velocidad en un período de tiempo determinado.

Momento de inercia:

Considere un cilindro o una esfera rodando por una superficie sin ninguna fuerza externa. El momento de inercia es lo que determina el par necesario para que el cilindro permanezca en movimiento. También se conoce como Inercia rotacional.

Marco de referencia inercial:

Es un sistema de coordenadas o un punto de referencia físico que tiene una velocidad constante y tiene aceleración cero.

Marco de referencia no inercial:

Es un sistema de coordenadas o una referencia física que está experimentando aceleración con respecto a un Marco de referencia inercial.

¿Es la Tierra un marco de referencia no inercial?

Ahora considere la Tierra y el Sol. La Tierra es un marco de referencia inercial ya que gira alrededor del Sol a una velocidad constante. Pero la Tierra girando y al mismo tiempo girando a una velocidad constante también se debe a una aceleración centrípeta. Entonces podemos concluir que la Tierra de acuerdo con el Sol es un Marco de Referencia No Inercial. Pero cuando consideramos al Sol, una estrella en la Vía Láctea que está en constante movimiento, entonces surgen dudas sobre cuánto tiene esta respuesta, ya que el Sol no puede calificarse como Marco de referencia inercial.

La superficie de la tierra no es un marco inercial debido a las fuerzas mecánicas que mantienen su forma. La forma de la tierra, sus océanos y su atmósfera se mantienen gracias a las fuerzas de contacto que resisten la fuerza gravitacional.

Si las fuerzas de contacto desaparecieran por completo, entonces los átomos de la tierra podrían pasar entre sí sin intercambio de energía. Solo quedaría la fuerza gravitacional. Por lo tanto, los átomos entrarían en su propia órbita gravitacional sin ningún intercambio de energía o momento.

Entonces, no habría superficie en la tierra. Todos los átomos estarían en caída libre. El observador que estaba fijado a la tierra antes de que desapareciera la fuerza de contacto también estaría en caída libre. Aunque no hay realmente un marco inercial debido al campo gravitacional, el observador estaría mucho más cerca de ser un marco inercial que cuando la fuerza de contacto estaba funcionando.

Un observador parado en la tierra está siendo sostenido por la fuerza de contacto de la superficie contra los pies golpeados. Las fuerzas de fricción lo mantendrían estacionario en relación con la superficie. Por lo tanto, la aceleración adecuada de este observador tendría que ser un vector distinto de cero. Mientras la aceleración adecuada sea un vector distinto de cero, el marco de referencia de este observador no es inercial.

Tenga en cuenta que la superficie de la tierra puede APROXIMAR un marco inercial en circunstancias en las que la observación se restringe a pequeñas distancias. La validez de la aproximación depende de las distancias a través de las cuales se debe hacer una observación y el tiempo durante el cual se recopila un punto de datos.

La condición de no ser inercial es básicamente:

| gx |> c ^ 2

donde g es la magnitud de la aceleración adecuada, x es la distancia entre el observador y lo observado, y c es la velocidad de la luz en un vacío ilimitado. Si se cumple esta condición, entonces no hay forma de que el marco de referencia se aproxime a un marco de caída libre. Sin embargo, si:

| gx | << c ^ 2

entonces el marco de referencia es aproximadamente inercial. Nota << significa MUCHO MENOS.

La superficie terrestre era aproximadamente un marco inercial para las condiciones del experimento de Michelson Morley y los experimentos eléctricos de Faradays. La superficie de la tierra es básicamente no inercial bajo las condiciones del experimento Hafele Keating y el péndulo de Foucault.

Tenga en cuenta que en la relatividad como en otros subcampos de la física, no hay forma de escapar de las fuerzas mecánicas que hacen que todo funcione. Antes de decidir si un marco de referencia es inercial o no, el científico debe tener una idea precisa de qué fuerzas son relevantes en el aparato experimental y el sistema que se está observando. No tiene que tener una idea precisa de las fuerzas involucradas, pero debe saber qué fuerza actúa sobre qué partícula.

Sí, sí lo es, aunque debo enfatizar el hecho de que el valor de g o la aceleración debido a la gravedad que encuentras en la búsqueda de google contiene los efectos debido a la rotación de la tierra. Y también la tierra es tan grande que podemos suponer que es plana para todos los experimentos a pequeña escala, lo que nos hace suponer que nos estamos moviendo en línea recta a aproximadamente 1670 km / h (unidades SI, ya sabes), y eso ahora es inercial. marco.

Como dicen, si todo lo que quieres hacer es lanzar bolas con las manos, no te preocupes por la forma o rotación de la tierra 😀

Si y no. Con la teoría a mano, es en un universo infinito donde cada punto es el centro del universo donde ocurre la relatividad especial y todos los puntos o singularidades pueden ser referencias no inerciales para las otras singularidades o puntos. Es muy posible que existan varias realidades simultáneamente dentro del mismo paradigma de estos universos o multiversos que se imitan interminablemente o no. Entonces, solo entonces una probabilidad de todas las cosas sería posible más o menos.

si está acelerando, ¿después de un tiempo su velocidad será infinita?