¿Prueba de que la Tierra gira?

Question

¿Prueba de que la Tierra gira?

usuario8721

¿Cuál es la prueba, sin salir de la Tierra, e involucrando solo la física básica, de que la tierra gira alrededor de su eje?

Por física básica me refiero a la física que los primeros físicos deben haber usado para deducir que gira, no la relatividad.

Maní Loco de Waffle

¿No sé si cuentan el amanecer y el anochecer? (porque sabemos que el sol gira ), lo que restringe nuestro conteo periódico a 24 horas y no a 6 meses o un año ..? ¡No puedo imaginar lo bueno que será o lo bien que aguantará nuestra central eléctrica (actualmente con paradas frecuentes) durante una semana !

qmecanico

Relacionado: physics.stackexchange.com/q/13324/2451

usuario25093

El aparente movimiento retrógrado de los planetas observados desde la Tierra era desconcertante. Para resolver los movimientos en patrones lógicos, era necesario considerar que la Tierra se movía tanto en órbita como alrededor de su eje.

ivan kuckir

Las pruebas verdaderas solo existen en Matemáticas, en el mundo real, no puedes estar 100% seguro de nada :)

retromuz

Hay un efecto en la tierra por su propia rotación del que he oído hablar. La circunferencia de la tierra a lo largo de su ecuador es mayor que cualquier circunferencia medida cruzando los polos norte y sur.

Enrique F.

Noche y día, suponiendo que ya se dé cuenta de que orbitamos alrededor del sol.

grep

No es una prueba, sino una buena evidencia, la diferencia en la aceleración gravitacional en diferentes latitudes.

kriss

@Ϛѓăʑɏ βµ˜DEDϔ el amanecer y el dunn ciertamente deberían contar (y el movimiento de las estrellas) como si la noche y el día estuvieran relacionados con la rotación del sol (si imaginamos un sol con un lado oscuro y un lado claro) lo veríamos como un disco cambiante que permanece en el mismo lugar, no el sol traspasando el horizonte.

Respuestas (8)

¿Prueba de que la Tierra gira?

¿No sé si cuentan el amanecer y el anochecer? (porque sabemos que el sol gira ), lo que restringe nuestro conteo periódico a 24 horas y no a 6 meses o un año ..? ¡No puedo imaginar lo bueno que será o lo bien que aguantará nuestra central eléctrica (actualmente con paradas frecuentes) durante una semana !
El aparente movimiento retrógrado de los planetas observados desde la Tierra era desconcertante. Para resolver los movimientos en patrones lógicos, era necesario considerar que la Tierra se movía tanto en órbita como alrededor de su eje.
Las pruebas verdaderas solo existen en Matemáticas, en el mundo real, no puedes estar 100% seguro de nada :)
Hay un efecto en la tierra por su propia rotación del que he oído hablar. La circunferencia de la tierra a lo largo de su ecuador es mayor que cualquier circunferencia medida cruzando los polos norte y sur.
Noche y día, suponiendo que ya se dé cuenta de que orbitamos alrededor del sol.
No es una prueba, sino una buena evidencia, la diferencia en la aceleración gravitacional en diferentes latitudes.
@Ϛѓăʑɏ βµ˜DEDϔ el amanecer y el dunn ciertamente deberían contar (y el movimiento de las estrellas) como si la noche y el día estuvieran relacionados con la rotación del sol (si imaginamos un sol con un lado oscuro y un lado claro) lo veríamos como un disco cambiante que permanece en el mismo lugar, no el sol traspasando el horizonte.

ejrb · Answer 1

El péndulo de Foucault es un gran experimento que demuestra que la Tierra está girando, pero solo se introdujo en 1851. Se sabía que la Tierra giraba durante varios siglos antes de eso, probablemente estimulada por Copérnico y Galileo impulsando el modelo heliocéntrico del sol . sistema durante el siglo XVI.

Un par de décadas antes del péndulo de Faucalt, se descubrió el efecto Coriolis . Esto afecta (entre otros sistemas igualmente grandes) a los huracanes, haciendo que giren en sentido horario o antihorario dependiendo de si están en el hemisferio sur o norte. Es una fuerza aparente que aparece en cualquier marco de referencia giratorio (como un planeta que gira). Nuevamente, esto no habrá ayudado a los primeros creyentes de la 'Tierra giratoria'.

La evidencia temprana de que la Tierra gira fue casi con certeza la observación del sol, los planetas y las estrellas moviéndose por el cielo y luego, con la ayuda de telescopios, de los otros planetas también girando. Por supuesto, esto requiere que confíes en que la Tierra no es el centro del universo y, por lo tanto, no "prueba" que la Tierra esté girando de la misma manera que la observación del péndulo de Foucault o el efecto de Coriolis.

La idea de una "prueba" en física es difícil. Al principio, una teoría como la de la "Tierra giratoria" simplemente se presentará para explicar las observaciones anómalas que las teorías actuales no pueden (como por qué los otros planetas y el sol se mueven independientemente de las estrellas de fondo si todo gira junto alrededor de la Tierra). ?). Luego se prueba mediante experimentos inspirados o predichos por la teoría (si la Tierra está girando, ¿qué deberíamos esperar observar?). Si todo se sostiene, se acepta como un hecho. Eventualmente, alguna chispa brillante se da cuenta de que puede demostrar que la Tierra está girando con un pequeño e ingenioso experimento (el péndulo de Foucault/efecto Coriolis/lanzamiento de un cohete al espacio) y se suma a la montaña de evidencia ya acumulada sobre el tema.

Por favor, ¿quien haya votado negativo podría agregar un comentario para explicarlo? En los últimos días noté varios votos negativos sin ningún comentario. Esto no es constructivo.
No tengo suficiente reputación para rechazarte, pero lo haría si pudiera. Ni Copérnico ni Galileo SABÍAN que la Tierra gira sobre el Sol. Vea la respuesta a continuación.
Mi punto era que Copérnico y Galileo presentaron una teoría sobre nuestro sistema solar que ponía al sol en el centro, no a la Tierra. No importa si creían personalmente que la Tierra gira o no, pero es difícil ver cómo podrían explicar fenómenos básicos como el ciclo día/noche si no lo hicieran. Mi punto era que en los siglos que siguieron, los científicos llegaron a la conclusión de que la Tierra gira, lo que permitió a Foucault y otros idear ingeniosas demostraciones experimentales de este hecho.
Creo que la historia es que se propuso el efecto Coriolis, y luego se usó como argumento en contra de la rotación de la tierra: arxiv.org/abs/1012.3642 No creo que se observara el efecto Coriolis debido a la rotación de la tierra hasta el péndulo de Foucault.
Esta es una muy buena respuesta. Y la gente pregunta "¿El sol gira alrededor de la tierra o la tierra alrededor del sol?" debería leerlo para entender que su pregunta es estúpida. Una mejor pregunta sería: "¿El sol gira alrededor de la tierra o la tierra gira sobre sí misma?" (modelo heliocéntrico). El otro es puramente una cuestión de referencial relativo y matemáticamente no hay mucha diferencia. En adelante, en cierto modo, el efecto de Coriolis o el péndulo de Foucault son "pruebas" del modelo heliocéntrico.
@kriss: Parcialmente incorrecto. Coriolis/Foucault son pruebas de que la Tierra gira (+ Coriolis te permite encontrar el eje principal), no que la Tierra gira alrededor de algo.
@Sébastien Renauld: Estoy de acuerdo contigo. ¿Pero puede ser que no hayas leído la primera parte del comentario? Solo digo que la alternativa histórica era elegir entre el sol girando alrededor de la tierra (modelo geocéntrico) o la tierra girando. Y Coriolis y Foucault son pruebas independientes de que la tierra gira (en adelante se rompe el modelo geocéntrico). La Tierra que gira alrededor del sol es un problema físico no relacionado (y en realidad deberíamos decir con mayor precisión que ambos y otros planetas giran alrededor del centro de gravedad del sistema... que está dentro del sol).
@kriss: ¿Cómo "la tierra gira alrededor de su eje" implica "la tierra debe estar girando alrededor de algo"?
@Sébastien Renault: No. Pero el movimiento aparente del sol implica que el sol gira alrededor de la tierra o que la tierra gira. Estaba señalando que la pregunta común "¿El sol gira alrededor de la tierra o la tierra gira alrededor del sol?" está realmente hecho de dos partes lógicamente no relacionadas. Pero la tierra girando descalifica el modelo geocéntrico (sol girando alrededor de la tierra).
Pero bueno, en parte incorrecto. Podrías tener tanto la tierra girando como el sol girando alrededor de la tierra. Eso solo cambiaría la velocidad de rotación aparente del sol (solo reemplace mentalmente el sol por un satélite y puede entenderlo fácilmente).

Hombre · Answer 2

péndulo de Foucault . No sé cómo lo hicieron los antiguos, pero seguramente es pura mecánica clásica.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La animación describe el movimiento de un péndulo de Foucault a una latitud de 30°N.

Me gusta mucho este video . Explica el concepto de péndulo de Foucault de una manera muy sencilla y clara.
puedes probar hacer lo mismo con un giroscopio de movimiento libre

Miguel · Answer 3

Creo que el péndulo de Foucault es la mejor respuesta, pero en aras de la variedad añadiré otro muy interesante: el abultamiento ecuatorial que afecta a la figura de la Tierra . Este es el "panqueque" del planeta debido a su rotación. Puede medir la geometría de la Tierra sin salir de su superficie y descubrir que se está abultando de acuerdo con sus expectativas si ese abultamiento fuera causado por la rotación al mismo ritmo que el que observamos en relación con estrellas distantes. Como siempre, no existe tal cosa como "prueba" en física, pero esta es una fuerte evidencia de apoyo.

púlsar · Answer 4

Una indicación indirecta de que la Tierra gira es el hecho de que la rotación varía con el tiempo. En primer lugar, la orientación del eje de la Tierra cambia: efectos a largo plazo como la precesión y variaciones lentas en la inclinación axial , así como pequeñas variaciones a corto plazo como la nutación. La precesión ya era conocida en la Antigüedad (Hiparco, Ptolomeo,...) y el cambio de inclinación axial fue reconocido por personajes como Fracastoro (en 1538). Consulte las páginas wiki para conocer los antecedentes históricos.

El período de rotación de la Tierra también cambia. En primer lugar, la rotación se está desacelerando, causada por la interacción de las mareas entre la Tierra y la Luna: la duración del día aumenta alrededor de 2 milisegundos por siglo. Edmond Halley fue el primero en notar que el período orbital de la Luna había cambiado en comparación con los registros antiguos, y el efecto se explicó en los siglos XVIII y XIX.

En estos días, podemos medir la rotación de la Tierra con mucha precisión y descubrimos que la rotación varía ligeramente de un día a otro. En particular, los cambios en los vientos atmosféricos y las corrientes oceánicas provocan fluctuaciones periódicas en la inclinación axial y el período de rotación: una fluctuación anual con una amplitud de 0,34 milisegundos, un período semestral con una amplitud de 0,29 milisegundos, fluctuaciones de 10 días de la orden de 0.1 milisegundos, fluctuaciones por eventos de El Niño, etc (ver wikipedia , y también este post ). Los grandes terremotos también pueden cambiar el período de rotación en unos pocos microsegundos, pero estos efectos resultan difíciles de medir (consulte este artículo sobre el terremoto de Japón de 2011).

¿Estas variaciones prueban que la Tierra gira? No directamente, pero me gustaría escuchar a los geocentristas explicar cómo el universo entero puede cambiar su rotación, no solo durante miles de años, sino incluso diariamente, cuando las causas de estas variaciones se remontan a eventos en la Tierra o su orbita.

Editar

Otra prueba de que la Tierra gira, aunque solo se puede medir con técnicas modernas: la aberración .

Todos ustedes están familiarizados con este efecto: supongan que están parados bajo la lluvia y no hay viento. Como la lluvia caerá verticalmente, debes sostener tu paraguas hacia arriba. Pero ahora empieza a correr. ¿Lo que sucede? Desde tu punto de vista, la lluvia ya no caerá verticalmente: tienes que inclinar el paraguas hacia adelante para mantener la cabeza seca. Un fenómeno similar ocurre con la luz: la dirección en la que ves un haz de luz depende de tu velocidad. Este efecto se llama aberración .

Por ejemplo, suponga que tiene dos estrellas, separadas por un ángulo $\theta$ en un marco de descanso. Si un observador se mueve hacia la estrella en el eje horizontal, verá la segunda estrella en un ángulo $\varphi$ , en vez de $\theta$ . Si la velocidad del observador cambia, entonces el ángulo $\varphi$ cambia, y la estrella parecerá "bambolearse" con respecto a las estrellas en diferentes posiciones.

La velocidad orbital $v\approx 30\;\text{km/s}$ de la Tierra alrededor del Sol provoca una aberración anual : durante el período de un año, cada estrella y galaxia parecerá oscilar en una elipse, con un desplazamiento máximo de $v/c\approx 20.5''$ alrededor de su posición media, independientemente de su distancia a la Tierra (a diferencia del paralaje, que depende de la distancia). Fue observado por primera vez por James Bradley en 1725 y es una prueba directa de que la Tierra gira alrededor del Sol.

Pero hay otra aberración mucho más pequeña: una aberración diurna , causada por la rotación de la Tierra alrededor de su eje. El efecto es mayor para un observador en el ecuador, que tiene una velocidad ecuatorial de $v = 0.465\;\text{km/s}$ , mientras que un observador en los polos no verá ningún efecto. Para un observador en el ecuador, la posición de cada estrella oscila diariamente, con un desplazamiento máximo de $v/c\approx 0.32''$ . Es un efecto increíblemente pequeño, pero es medible y debe tenerse en cuenta al hacer astrometría de alta precisión. Además, prueba que la Tierra gira.

Sea claro. La aberración parece deberse al movimiento más que a la posición, como está escrito.

Ali · Answer 5

Cualquier cosa relacionada con el efecto Coriolis (pueden encontrar algunas imágenes bonitas en el enlace), es decir, incluso los cañones serán (no precisamente, más bien parece) desviados debido a la rotación de la tierra.

Incluso un gol de campo de fútbol: un tuit de Neil deGrasse Tyson .
@Fuhrmanator Probablemente esa no sea la causa real, pero me gusta la idea.
@Fuhrmanator eso es útil! Usaré esto para justificar por qué mis tiros siempre se inclinan hacia un lado durante los bolos.

usuario26872 · Answer 6

Midiendo la geometría de la tierra, encontramos que tiene un abultamiento ecuatorial. No hacemos suposiciones sobre la causa del abultamiento, aunque ya sugiere que la tierra está girando como lo ha descrito @Mike.

Medimos la aceleración de la gravedad en los polos y en el ecuador. La mayor parte de la diferencia que encontramos se explica por la protuberancia, pero hay una $0.3\%$ discrepancia. La aceleración debida a la gravedad es menor en el ecuador de lo que esperamos. Esta discrepancia se explica muy bien asumiendo que la tierra está girando. De hecho, haciendo esta suposición podemos hacer un cálculo aproximado del período de la tierra.

Podríamos ir tan lejos como para medir cuidadosamente la aceleración debida a la gravedad a lo largo de diferentes líneas de latitud y así encontrar la aceleración debida a la gravedad en función de la latitud. Encontraríamos que estas medidas estaban bien descritas por un modelo en el que la tierra achatada giraba con un período de aproximadamente un día.

Relacionado: physics.stackexchange.com/q/8074 ; donde aprendemos que en realidad tenemos problemas para explicar la achatamiento total de la Tierra.
@dmckee: Efectivamente. Quería dejar este asunto complicado fuera de esto. Gracias por el enlace.

hijo de saturno · Answer 7

Revisemos la afirmación de que la tierra gira sobre su propio eje. Podemos elegir este eje para que sea el $z$ -eje. La tierra puede ser aproximada por una esfera. Considere un péndulo que vive en algún lugar de la superficie de la tierra, oscilando inicialmente en una línea norte-sur. La posición de la lenteja se describe como un vector. ${V} = (V^{\theta}, V^{\phi})$ viviendo en el espacio tangente de esta esfera. A medida que la tierra gira, $V$ se transporta paralelamente a lo largo de la curva trazada por la rotación de la tierra, llámese $\gamma(t) = (\theta(t), \phi(t))$ (un circulo). Entonces la ecuación obedecida por $V$ es dado por,

\nabla_{\dot{γ (t)}} V^{α} = \dot{θ} \nabla_{θ} V^{α} + \dot{ϕ} \nabla_{ϕ} V^{α} = 0.

$\nabla_{\dot{\gamma(t)}}V^{\alpha} = \dot{\theta}\nabla_{\theta}V^{\alpha} + \dot{\phi}\nabla_{\phi}V^{\alpha} = 0.$ Pero como la tierra sólo cambia la

ϕ

$\phi$ ángulo, girando,

\dot{γ (t)} = (0, \dot{ϕ})

$\dot{\gamma(t)} = (0, \dot{\phi})$ (

= (0, 2 π / 24 hrs)

$= (0, 2\pi /24\text{hrs})$ ). La ecuación para el transporte paralelo da así

\nabla_{ϕ} V^{θ} = 0,

$\nabla_\phi V^{\theta} = 0,$ y

\nabla_{ϕ} V^{ϕ} = 0.

$\nabla_{\phi}V^{\phi} = 0.$ Estas son simplemente las derivadas covariantes, por lo que estas ecuaciones son

\partial_{ϕ} V^{θ} + Γ_{ϕ m}^{θ} V^{m} = 0,

$\partial_{\phi}V^{\theta} + \Gamma^\theta_{\phi \mu}V^{\mu} = 0,$

\partial_{ϕ} V^{ϕ} + Γ_{ϕ m}^{ϕ} V^{m} = 0.

$\partial_{\phi}V^{\phi} + \Gamma^\phi_{\phi \mu}V^{\mu} = 0.$

Un cálculo fácil muestra que los símbolos de Christoffel que no desaparecen de la esfera son $\Gamma^{\theta}_{\phi \phi} = -\text{sin}{\theta}\text{cos}{\theta},$ $\Gamma^{\phi}_{\phi \theta} = \text{cot}{\theta}.$ Estas ecuaciones se convierten en ecuaciones acopladas de la siguiente manera:

\partial_{ϕ} V^{θ} - pecado θ porque θ V^{ϕ} = 0,

$\partial_{\phi}V^{\theta} -\text{sin}\theta \text{cos}\theta V^{\phi} = 0,$

\partial_{ϕ} V^{ϕ} + cuna θ V^{θ} = 0.

$\partial_{\phi}V^{\phi} + \text{cot}\theta V^{\theta} = 0.$ Desacoplarlos resolviendo para

V^{θ}

$V^{\theta}$ en la segunda ecuación y sustituyéndola en la primera, obtenemos,

\partial_{ϕ}^{2} V^{ϕ} = - {pecado}^{2} θ V^{ϕ} .

$\partial^2_{\phi}V^{\phi} = -\text{sin}^2 \theta V^{\phi}.$ Esto es fácil de resolver, y de esto obtienes cuánto debe oscilar el péndulo en la dirección de

ϕ

$\phi$ , en decir un período de 24 horas. Ahora compare con el experimento.

¿Que está pasando aqui? ¿Qué nivel de matemáticas/física tengo que alcanzar para entender lo que has escrito? (Te perdí después de 'espacio tangente')
Nada demasiado elegante, solo geometría diferencial básica (el transporte paralelo es el concepto principal utilizado aquí, búsquelo). Del tipo que aprenderías en la primera mitad de una clase de relatividad general.

usuario4552 · Answer 8

El efecto Sagnac puede detectar la rotación absoluta. Esto se utiliza, por ejemplo, en el giroscopio láser de anillo que se utiliza en los aviones modernos como dispositivos de navegación. No solo es posible usar este efecto para probar que la tierra gira, sino que su precisión para detectar variaciones en la rotación comienza a ser competitiva con las técnicas más precisas de hoy en día: ver

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