¿Comenzará a girar un objeto que cae en la órbita de la Tierra?

Supongamos que un objeto cae hacia la Tierra (dibujé una órbita hiperbólica, pero esto se aplicaría a cualquier órbita). El objeto comienza en A , y en este punto no gira, es decir, un observador sobre el objeto no mediría fuerzas ficticias. ¿Rotará el objeto cuando pase por la Tierra y se aleje?

Mi intuición newtoniana me dice que el objeto no rotará por lo que veremos todos los lados del objeto dependiendo de su posición orbital. Esto se debe a que el objeto no tenía giro antes de orbitar la Tierra. El movimiento a través de la órbita se vería así:

Sin rotación

Mi intuición einsteiniana me dice que el objeto debería "rotar" desde nuestra perspectiva porque sigue la curvatura del espacio y se mueve en línea recta. El movimiento a través de la órbita se vería así:

Rotación

¿Cuál es la correcta y por qué?

Tenga en cuenta que con espín en física generalmente nos referimos al momento angular intrínseco de partículas elementales, núcleos y otros objetos siguiendo las leyes de la mecánica cuántica. ¿Es esto a lo que te refieres o te refieres a la noción clásica de momento angular? Consulte, por ejemplo, este artículo de wikipedia para conocer las diferencias entre los tipos de momento angular.
Parece que se refiere a la rotación clásica. Está bien usar la palabra "giro" de forma clásica, pero no como sustantivo. "To spin" es un concepto de uso común, pero "the spin" como sustantivo, como dice @glance, implica una cantidad cuántica.
No estoy seguro de entender las suposiciones detrás de esta pregunta. ¿Puedes explicar por qué esperarías que el objeto siguiera una línea recta cuando es atraído por la atracción gravitacional de la Tierra? No esperaría eso, y me hace pensar que no entiendo la situación que estás creando.
Yo uso giro y rotación como sinónimos. No soy físico, no conozco la terminología correcta. mi pregunta es básicamente esta. cuando un objeto cae en la órbita de la tierra (sin rotación inicial sobre su eje) con respecto a la tierra, ¿tendrá rotación el objeto?
@lemon y aquí hay otra pregunta. cuando el objeto es atraído por la tierra, no se "diverge" de su "camino recto", sino que sigue la curvatura del espacio alrededor de la tierra. Entonces, ¿por qué el objeto no parece "rotar" mientras sigue el espacio curvo?
De hecho: las cosas no "caen en órbita" en dos sistemas corporales. Si venías de muy lejos (es decir, en una pista parabólica o hiperbólica) vas a salir de nuevo a menos que frenes de alguna manera.
@dmckee si un objeto viaja a 17000 mph y pasa relativamente cerca de la tierra, ¿ese objeto no se atraerá lo suficiente como para ponerlo en órbita? según tengo entendido, hay formas de hacer que los objetos externos orbiten alrededor de otro objeto dependiendo de qué tan rápido vaya y la dirección
@user2914191 Recuerde que la gravedad está trabajando en él a medida que se acerca, si viene de lejos, se apaga nuevamente. Ahora, de hecho, el sistema Tierra-Luna significa que tenemos un problema de tres cuerpos y hay advertencias, pero (a) son muy, muy difíciles de alcanzar y (b) entonces tienes que razonar sobre la transferencia de momento angular en tres -sistema corporal que es más difícil que la pregunta que probablemente pretendías.
@dmckee entonces, cuando la luna orbita alrededor de la tierra, si sigue el espacio curvo en línea recta, significa que realmente no tiene rotación, pero parece girar debido al espacio curvo. pero supongo que esto no es correcto, y la luna SÍ tiene rotación
Relacionado (pero no hay muchos votos a favor allí): physics.stackexchange.com/q/98055/17609
Dado que GR se reduce a la física newtoniana en campos gravitatorios "débiles", es obvio que algo en este razonamiento es defectuoso, porque su idea de que la cosa "gira" porque sigue una línea recta no puede convertirse fácilmente en el caso newtoniano. Sin embargo, no puedo precisar qué está mal, por lo que esta no es una respuesta.
@vistazo: si transporta en paralelo un vector alrededor de un bucle en el espacio-tiempo curvo, en general encontrará que ha girado en relación con su dirección original. Está lejos de ser obvio para mí que la dirección de la nave espacial permanecerá sin cambios mientras orbita.
@glance en GR la gravedad es la curvatura del espacio, según tengo entendido. si el espacio se curva alrededor de la tierra, y un objeto está orbitando la tierra porque sigue la curvatura del espacio, ¿por qué no debería cambiar la "dirección" del objeto en órbita mientras sigue ese espacio curvo en órbita? parecería tener rotación axial, apariencia de estar bloqueado por mareas, sin girar realmente sobre su eje
@ user2914191 Creo que la pregunta puede reducirse a: ¿Cómo viajarán dos bolas en una sucesión cercana? ¿Qué pasa si las dos bolas están conectadas por una barra sin peso (pero de longitud fija)?

Respuestas (2)

La respuesta a tu pregunta es que, en una primera aproximación, la dirección de la nave espacial no cambiará, por lo que el diagrama superior es el correcto. Sin embargo, la dirección de la nave espacial cambiará muy levemente debido a un fenómeno llamado efecto geodésico .

La forma más fácil de ver esto es reemplazar la nave espacial por un giroscopio y hacer que el giroscopio sea lo suficientemente pequeño para que podamos ignorar los efectos de las mareas. Entonces podemos medir la dirección del eje de rotación del giroscopio. De hecho , este experimento ya se ha hecho, lo hizo Gravity Probe B. Los resultados se resumen muy bien en este diagrama del artículo vinculado:

Sonda de gravedad B

La sonda de gravedad B utilizó una órbita circular, pero lo mismo se aplica a cualquier órbita.

esto es muy interesante.. gracias por publicar, investigaré más a fondo el efecto geodésico
"La respuesta a su pregunta es que, en una primera aproximación, la dirección de la nave espacial no cambiará, por lo que el diagrama superior es el correcto". Si pensamos en la nave espacial que consta de dos partes no conectadas (quizás bolas) que se siguen muy de cerca (en la misma trayectoria), entonces la dirección o el par cambiará. Entonces, ¿cómo es eso diferente?
Porque las dos partes no están conectadas. Si los conecta, ahora ejercen un par de torsión entre sí. Es una pregunta interesante y digna de su propia publicación si desea seguirla.

Permítanme suponer que el objeto tiene simetría esférica, sin embargo, para resolver el presente problema, está pintado en su superficie con diferentes colores. Entonces, imaginando una sección plana que contiene la órbita del objeto alrededor de la tierra. La sección del plano a través del objeto es un círculo y veremos diferentes puntos de la circunferencia pintados en diferentes colores.

En todo momento durante su movimiento, el objeto tiene una velocidad que consta de dos componentes: la velocidad original y la velocidad hacia el centro de la Tierra. Entonces, en cada momento el objeto sufre una traslación inercial, como un todo (recordemos lo que dijo Einstein de que un sistema acelerado puede ser considerado en cada momento como un sistema inercial con la velocidad instantánea). Así, en cada instante habrá otro color en dirección a la Tierra.

ingrese la descripción de la imagen aquí

En la imagen, se pueden ver dos instanciaciones del objeto que se acerca a la Tierra. La delgada línea negra conecta la primera instancia con el centro de la Tierra. La velocidad inicial, azul, es v 0 , la velocidad instantánea hacia la Tierra es la flecha verde claro y la flecha negra es su resultante. Así, el objeto pasa a una segunda posición, como se muestra en la segunda instancia. La línea negra punteada conecta el centro del objeto con el centro de la Tierra. Si uno mira muy atentamente, puede ver que el segmento de lectura en la primera instancia cruza la línea hacia la Tierra, mientras que en la segunda instancia está completamente debajo de la línea hacia el centro de la Tierra.

Pero estas son dos instancias cercanas. A continuación, a medida que el objeto se mueve, el segmento rojo se desplazará cada vez más a la izquierda de la línea hacia el centro de la Tierra, y el segmento azul se verá desde la Tierra. Así, desde la Tierra, los segmentos de colores se verán todos, paso a paso.

Entonces, ¿esto significa que la luna en realidad no está girando sobre su eje?
@ user2914191 No, la luna no viene de lejos con una velocidad inicial. Pero, les voy a poner una foto, y verán.
Hice un experimento simulando un objeto en órbita y después de 1/4 de vuelta a la Tierra, mi objeto estaba mirando 90 grados hacia arriba, 1/2 de vuelta a la Tierra estaba boca abajo. entonces, la ilustración newtoniana es correcta. simplemente no tengo la comprensión correcta de cómo se comporta la materia en el espacio curvo
@ usuario2914191 ¿qué pasa? ¿Quieres decir con respecto a la Tierra? ¿O te refieres con respecto a la página, como en mi foto?
respectivo a la superficie de la tierra (centro)
@user2914191 si necesita referirse a un espacio curvo, explíquese rápidamente, porque no soy un experto en relatividad general, y pronto, otras personas aquí se irán a dormir.
GR dice que los objetos siguen la curvatura del espacio terrestre, por lo que la "línea recta" alrededor de la Tierra es una curva (es por eso que los objetos la siguen, el estado de energía más bajo). esperaría que los objetos que siguen la curvatura de la tierra siempre miren hacia el centro de la tierra con el mismo lado (suponiendo una rotación axial de 0), pero eso no sucede, ¿por qué no?
@ usuario2914191 mmm! Esta pregunta ya fue hecha. Por favor dime, ¿no puede ser que hayas hecho esta pregunta en el pasado?
Lo hice, pero no obtuve una respuesta satisfactoria.
@user2914191 ¡Aaaa! Entonces tengo que pasar el tema a otras personas, la relatividad general no es de mi dominio.
@ user2914191 Le pregunté a ACuriousMind pero me dijo que la gravedad alrededor de la Tierra se aproxima bien al límite newtoniano.
@ user2914191 ¿viste lo que dijo ACuriousMind?
@ user2914191 ¿Cómo lo simuló?
¿Comenzará a girar un objeto que cae en la órbita de la Tierra?
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