Luego de buscar en diversos repositorios y sitios de internet al concluir nos hemos encontrado la resolución que te mostraremos aquí.
Solución:
Ahora, la pregunta: si, estando dentro de una estación espacial giratoria, el astronauta saltara realmente alto, ¿no experimentaría entonces gravedad cero hasta tocar de nuevo alguna parte (pared o suelo) de la estación? ¿Me estoy perdiendo algo en mi comprensión?
Bueno, aquí hay una pregunta relacionada. Suponga que se encuentra en un ascensor en el último piso de un rascacielos cuando el cable se rompe repentinamente. A medida que el ascensor cae en picado, te das cuenta de que morirás en el impacto cuando toque el fondo. Pero luego piensas, ¿y si salto justo antes de que eso suceda? Cuando saltas, te mueves hacia arriba, no hacia abajo, ¡así que no habrá ningún impacto!
El error aquí es el mismo que cometiste arriba. Cuando saltas en el elevador, de hecho comienzas a moverte hacia arriba en relación con el elevador, pero todavía te estás moviendo a una tremenda velocidad hacia abajo en relación con el suelo, que es lo que importa.
De manera similar, cuando estás en el borde de una gran estación espacial giratoria, tienes una gran velocidad en relación con alguien que está parado en el centro. Cuando saltas, es true que estás subiendo en relación con el pedazo de tierra desde el que saltaste, pero aún tienes esa enorme velocidad tangencial. No lo pierdes simplemente por perder el contacto con el suelo, así que no cambia nada en la historia.
Si saltas, estás en caída libre, aparte de la resistencia del aire, por lo que no tienes peso. Esto es válido para ninguna saltar. ¡Por un breve momento, experimentas la gravedad cero!
Tal como lo entiendo, para que la fuerza centrífuga (que es responsable de crear la gravedad, en este caso) funcione, el objeto sobre el que actúa debe estar unido a los ‘radios’ o ‘llanta’ de las ruedas.
No exactamente. La “fuerza” centrífuga es lo que se conoce como “pseudo-fuerza”. Es el resultado de analizar eventos utilizando un marco de referencia no inercial. Si estás en un tiovivo y tratas el tiovivo como si estuviera estacionario mientras el mundo gira a su alrededor, encontrarás que los objetos tienden a ir hacia el exterior del tiovivo. redondo. Entonces, dentro del punto de vista “El tiovivo está estacionario”, debe postular alguna fuerza que empuje los objetos lejos del centro, que es la fuerza centrífuga.
Pero esta fuerza “realmente” no existe: cuando analizas la situación desde el punto de vista de alguien que no está en el tiovivo, los objetos viajan en línea recta. Es solo que cualquier línea recta necesariamente se alejará del centro. (Dibuje un círculo, luego dibuje una línea recta junto a él. Imagine viajar a lo largo de esa línea. Desde el punto de vista del círculo, primero se está acercando y luego alejándose).
Cuando algo gira, su velocidad cambia constantemente: aunque su velocidad es constante, la dirección cambia, por lo que la velocidad también cambia. Cambiar la velocidad significa aceleración, y aceleración significa fuerza. Esta fuerza está dirigida hacia el centro. Imagina conducir alrededor de un círculo en sentido contrario a las agujas del reloj. Si soltaras la rueda, saldrías volando del círculo. Tienes que girar constantemente a la izquierda para permanecer en el círculo. Entonces hay una fuerza, pero está hacia el centro del círculo, y se llama fuerza centrípeta.
Desde un punto de vista del marco de referencia inercial, se necesita una fuerza para permanecer en el círculo; la fuerza centrípeta. Pero desde un marco de referencia de movimiento circular, el objeto está estacionario. Así que si hay una fuerza centrípeta tirando del objeto hacia adentro, debe haber otra fuerza, la fuerza centrífuga, empujándolo hacia afuera. Entonces, si está parado en una estación espacial giratoria, sentirá la fuerza del piso empujándolo “hacia arriba” hacia el centro de la estación espacial, y como se siente como si estuviera en reposo (la estación espacial se mueve contigo), parecerá que debe haber alguna fuerza empujándote “hacia abajo” contra el suelo.
El punto importante aquí es que el contacto con el suelo proporciona la fuerza centrípeta, pero la fuerza centrífuga existe en tu marco de referencia independientemente de si tienes contacto con el suelo. Vuelva al ejemplo de conducir en un círculo. Supongamos que dejas caer una pelota en el coche. Antes de que la dejaras caer, se movía con el auto, y así como el auto tenía una fuerza centrípeta que se mantenía en movimiento circular, la pelota tenía una fuerza centrípeta sobre ella. Pero por la fracción de segundo que está en el aire, no tiene la fuerza centrípeta.
Para un observador externo, el automóvil gira a la izquierda, mientras que la pelota se mueve en línea recta. El automóvil acelera hacia la izquierda hacia la pelota, y cuando la pelota cae, está a la derecha de donde se dejó caer. Sin embargo, para alguien en el automóvil, parece que el automóvil está parado y la pelota está acelerando hacia la derecha.
De manera similar, si tuviera que saltar en la estación espacial, entonces, dado que está percibiendo cosas en el marco de referencia de la estación espacial, parecerá que está acelerando hacia el piso. Esta aparente aceleración existe independientemente de si estás tocando la estación espacial. Que estés acelerando en el marco de referencia de la estación no requiere contacto físico con la estación porque no es un fenómeno físico. es simplemente un attribute del sistema de coordenadas.
Todo esto se aplica localmente: si saltas hacia arriba, tu movimiento, en el marco de referencia de la estación, en escalas pequeñas, será el mismo que si la gravedad te empujara hacia abajo. Esta es una aproximación que se descompone a medida que avanza a escalas más grandes. Estas desviaciones de la aproximación se manifiestan como otras pseudofuerzas, como la fuerza de Coriolis. Por lo tanto, estar en contacto con el piso es importante porque lo mantiene en movimiento con la estación y reduce estas desviaciones.
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