¿Cómo puede la luna un cuerpo más pequeño tener una atracción gravitacional en una masa más grande ‘Tierra’? ¿No sería arrastrado a la Tierra? La Luna se está alejando.

Cañón de Newton

La Tierra está cayendo al sol y la luna está cayendo del cielo.

Érase una vez, Sir Isaac Newton tenía un cañón. Lo ruidoso que. Los orbitólogos llaman al dispositivo figurativo “el cañón de Newton”.

Logré tomar prestado uno de estos cañones del Museo Nacional de Orbitología y Conjeturismo, y estoy de pie junto a una gran pila de balas de cañón (ver imagen).

Dependiendo de todo tipo de factores, como la cantidad de pólvora, el tamaño de la bala de cañón, etcétera, descubrí que la bala de cañón deja el cañón alrededor de 1440 pies por segundo. Por desgracia, después de abandonar el cañón, la velocidad de la bala de cañón se ve afectada por el viento, la gravedad y la distancia que tiene que viajar.

El primer factor es la resistencia al viento. A 1440 pies por segundo en un día tranquilo, la bola esférica de plomo encuentra inmediatamente una resistencia al viento de 1440 pies por segundo en la dirección opuesta de vuelo. La bala de cañón se ralentizará.

El segundo factor es la gravedad. No importa cuán rápido viaje esa cosa por el aire, seguirá cayendo hacia el suelo por la misma razón por la que plantamos nuestros pies aquí. Gravedad.

Un tercer factor, supongo, es si estamos disparando a un objetivo o simplemente a un espacio abierto para ver qué tan lejos viajará la pelota. Como quiero ver qué tan lejos llegará la pelota, estoy en un campo abierto.

Un cuarto factor es la trayectoria. ¿Estoy disparando al nivel del suelo o en un gran arco? Obviamente, viajará más lejos si inclino el cañón del cañón hacia arriba y disparo la bola en un gran arco. ¿Entonces lo que hay que hacer? Pongamos un nivel en el cañón y disparemos paralelo al suelo para ver qué tan lejos va a viajar el proyectil antes de que la resistencia al viento y la gravedad tiren esa bola de metal hasta el suelo inflexible debajo y luego rebote y ruede hasta que se detiene.

Ahora que hemos disparado la bala de cañón, tomemos una cinta métrica y veamos qué tan lejos llegó antes de tocar el suelo. Sorprendente distancia parece ser un objeto tan grande y pesado. Me pregunto si podríamos hacerlo ir más lejos.

Este es el ejemplo del cañón de Newton. Dada una condición de ausencia de atmósfera y suficiente velocidad, esa bola viajaría alrededor de la curva de la tierra, golpeando cada vez más lejos de nosotros. Acelera aún más y nunca tocará el suelo (ver ilustración).

Eso es una órbita.

De acuerdo, en primer lugar, estoy un poco inseguro si eres consciente de que cada masa, por pequeña que sea, ejerce una atracción gravitacional sobre otras masas.

Ahora la luna no es tan grande como la tierra, pero sus fuerzas gravitacionales impactan la tierra. Las mareas son creadas por la luna acercando el agua a sí misma. La luna gira un poco más lento que la Tierra (aproximadamente 27 veces más lento), lo que significa que cuando estas mareas ligeramente elevadas se alejan de la luna, en realidad ejercen una pequeña fuerza que empuja a la luna a ir más rápido. Al mismo tiempo, la luna está desacelerando la tierra (fricción de las mareas), lo que hace que el exceso de energía envíe a la luna un poco más lejos de la Tierra, aproximadamente 3,8 cm por año.

Tanto la Tierra como la Luna son la fuente de un tirón de gravedad el uno del otro. Ambos tirones se suman al tirón total. No es solo la Tierra tirando de la Luna.

Si tomas de la mano a un amigo y luego giras muy rápido, girarán uno alrededor del otro y ambos sentirán que están siendo separados. Esto es lo que está sucediendo con la Tierra y la luna, pero la Tierra es mucho más grande, por lo que no gira mucho, pero todavía gira un poco.

La luna no se estrella contra la Tierra porque está dando vueltas. Se tira hacia adentro hacia la Tierra, como si tomaras algo pesado en el extremo de una cuerda y lo balancearas alrededor de tu cabeza. Lo estás jalando pero se mueve hacia los lados para que nunca te alcance.

Con respecto a la luna alejándose de la Tierra:

La Luna se está alejando de la Tierra, pero eso es algo completamente diferente y está sucediendo muy, muy lentamente. Esto tiene que ver con el hecho de que la Tierra tiene tanta agua y tiene mareas causadas por la luna y el hecho. que la Tierra gira mucho más rápido que la luna. Debido a estas cosas, la Luna está siendo empujada un poco más rápido. Si bien puede parecer difícil de entender, cuando haces que la luna vaya más rápido, en realidad irá más alto en órbita, se alejará de la Tierra y luego orbitará más lejos de la Tierra. La Luna está siendo empujada a una órbita más alta, pero la rotación más rápida de la Tierra.

Todos los cuerpos ejercen atracción gravitacional sobre todos los demás cuerpos. Incluso un electrón tiene un tirón gravitacional (aunque es muy pequeño). Entonces, la Tierra y la Luna se atraen entre sí y, por lo tanto, se mueven una hacia la otra. Sin embargo, la Luna también se mueve lateralmente con respecto a la Tierra, tan rápido que su camino se convierte en un curso elíptico alrededor de la Tierra en lugar de un curso parabólico (o en línea recta, en realidad) hacia la Tierra. La luna cae, pero en esencia cae de lado más que abajo.

(La Tierra también cae hacia / alrededor de la Luna, pero debido a que la masa de la Tierra es 81 veces mayor que la de la Luna, el bucle de su viaje es mucho más pequeño. La Tierra se mueve alrededor de un punto que está a unos 4700 km de su centro, pero su radio es de aproximadamente 6400 km, entonces el punto (el baricentro del sistema Tierra-Luna) está profundamente dentro de la Tierra).

Debido a los efectos de marea y fricción, el momento angular del sistema Tierra-Luna se redistribuye. La rotación de la Tierra se ralentiza ligeramente, y el momento angular se transfiere a la Luna. La órbita de la Luna se expande ligeramente, el radio orbital aumenta a una velocidad de casi 4 cm por año, por lo que la Luna se está alejando, pero nunca podrá moverse tan lejos como para escapar. La distancia máxima será cuando la rotación de la Tierra se haya reducido a cero por estos efectos; los dos cuerpos estarán entonces bloqueados mutuamente (tal como lo están Plutón y Caronte). Cada uno presentará perpetuamente una cara a la otra, tal como lo hace ahora solo la Luna.

Eres un niño escuálido y el gran matón te está arrastrando por el patio de recreo. Intenta resistirse tirando de su camisa y, si bien no es suficiente para marcar la diferencia hacia donde lo está arrastrando, puede quitar fácilmente la tela de su cuerpo mientras lo arrastra a su inevitable paliza. La gravedad de la luna tiene un efecto similarmente pequeño (cuando se escala, por supuesto) pero mucho más importante en nuestros océanos a medida que gira alrededor de la tierra.