¿Cómo explica el principio de equivalencia "lo que sube debe bajar"?

Disculpas si esta es una pregunta tonta, soy principalmente autodidacta cuando se trata de física. Hace poco me encontré con este video de PBS Space Time ( Is Gravity an Illusion? ) que habla sobre el principio de equivalencia, donde una caja que cae libremente en un campo gravitatorio puede considerarse un marco inercial, y un marco estacionario en un campo gravitatorio es equivalente. a un marco que acelera en la dirección opuesta de la gravedad.

Él ilustra esto diciendo que una manzana en caída libre es un marco inercial mientras que la superficie de la tierra no lo es, y en realidad es la superficie la que está acelerando hacia arriba en relación con la manzana.

Esto me lleva a pensar en el caso en el que se lanza una manzana desde el suelo con una velocidad inicial más lenta que la velocidad de escape: se eleva, disminuye la velocidad, se detiene, gira, acelera hacia abajo y finalmente vuelve a caer al suelo. ¿Cuál es la explicación equivalente para el caso anterior cuando la tierra está acelerando hacia arriba? Claramente, el marco de referencia de la manzana no es inercial cuando está subiendo, pero se convierte en un marco inercial cuando comienza a caer libremente hacia abajo. Eso significa que la aceleración de alguna manera desaparece. Pero dado que la única aceleración en el marco de la manzana es la que apunta hacia arriba (opuesta al campo gravitatorio), ¿qué hace que disminuya la velocidad?

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Respuestas (3)

Claramente, el marco de referencia de la manzana no es inercial cuando está subiendo, pero se convierte en un marco inercial cuando comienza a caer libremente hacia abajo.

En la mecánica newtoniana, se dice que un objeto está en caída libre si la única fuerza sobre él es la gravedad, y el marco de un objeto no es inercial si el objeto está acelerando. Entonces, un objeto lanzado hacia arriba siempre está en caída libre desde el momento del lanzamiento (incluso cuando se está moviendo hacia arriba), y su marco siempre es no inercial. Un objeto lanzado siempre está acelerando hacia el suelo.

¿Cuál es la explicación equivalente para el caso anterior cuando la tierra está acelerando hacia arriba?

En esta imagen, la Tierra se mueve cada vez más rápido y finalmente alcanza a la manzana y la golpea. Este es el equivalente a la manzana que golpea el suelo en la imagen original.

Gracias. Entonces, si se entiende correctamente, de acuerdo con el principio de equivalencia, la manzana está en un marco de inercia desde el momento en que se lanza, y lo único que acelera en esta historia es la Tierra. Eso explicaría por qué la tierra alcanza a la manzana.

La analogía de la 'tierra que sube' significa que mientras un observador en la Tierra ve claramente la aceleración de la manzana, cuando ve la situación desde el marco de referencia de la manzana, puede argumentar que estaba quieto y que, en cambio, todo el mundo aceleró (es decir, está en un marco inercial).

En este caso, según la manzana, primero la Tierra bajaría, es decir, se alejaría de la manzana, mientras desacelera. Luego se detiene momentáneamente, antes de moverse hacia él, acelerando esta vez. Todo mientras la manzana está en reposo. Esto es lo que significa el principio de equivalencia, incluso los marcos acelerados pueden afirmar que están en un marco inercial.

La caída libre según la manzana

(PD: Ignoren mi mal dibujo, acabo de aprender a dibujar en Paint)

Eso es solo un error tipográfico. se supone que es 'descanso'. Arreglado. gracias por notar

Tomaré el principio de equivalencia en el sentido de la declaración de Einstein de 1907

"Nosotros... asumimos la equivalencia física completa de un campo gravitacional y una aceleración correspondiente del sistema de referencia".

Nos dice que la aceleración ascendente de la Tierra es relativa a un objeto en caída libre, pero no explica el movimiento de la materia inercial. Esto requiere un movimiento geodésico derivado de la solución de la ecuación de gravedad de Einstein.

Sabemos, como un hecho cotidiano, que los relojes de los satélites GPS no marcan la hora con relojes idénticos en la Tierra (como se describe en la solución de la ecuación de Einstein). La energía es el componente temporal de un vector. De ello se deduce que, dado que los relojes de los satélites funcionan más rápido, cuando un objeto inercial viaja desde aquí hasta el satélite (o cualquier movimiento hacia arriba), la energía se reduce, lo que significa que los objetos que se mueven hacia arriba en caída libre se ralentizan.