¿Cómo podemos saber si la Tierra está girando sin referencias externas? [duplicar]

Debido a que la Tierra gira sobre sí misma, no es un referencial inercial , lo que significa que hay fuerzas ficticias adicionales que actúan sobre los objetos en reposo en el marco de referencia. Para un referencial giratorio, la fuerza ficticia se llama fuerza de Coriolis , la cual es responsable de muchos fenómenos como el péndulo de Foucault .

Otras respuestas han identificado correctamente algunas observaciones prácticas que pueden usarse para determinar que la Tierra está girando (giroscopio; tensión en las rocas; péndulo de Foucault; simplemente dejar caer objetos cotidianos, etc.). Aquí agregaré un comentario sobre los antecedentes de la pregunta. El trasfondo es una intuición de que tal vez la relatividad general sugiere que no sería posible decir que un objeto está girando sin mirar hacia afuera. Lo principal que quiero decir es que la relatividad general no sugiere eso, excepto en un cierto sentido específico.

Para obtener claridad sobre esto, debemos distinguir dos usos de la palabra 'rotación':

1. algo gira en relación con las estrellas distantes
2. un cuerpo está en movimiento rígido alrededor de un eje de manera no inercial

Según GR, se puede detectar movimiento (2) sin necesidad de observar el resto del universo. Simplemente realice cualquiera de los experimentos enumerados en otras respuestas (y mencionados brevemente en mi párrafo inicial). Además, podemos hacer una declaración sobre lo que sucedería si no existiera "el resto del universo". Según GR, el resto del universo influye en el espacio-tiempo local en cualquier punto, pero si de alguna manera se eliminara el resto del universo y, por lo tanto, su influencia en el espacio-tiempo, entonces el espacio-tiempo local no cambiaría mucho, y aún se podría distinguir marcos no inerciales de inerciales mediante pruebas experimentales simples. Por lo tanto, todavía se podría determinar si la Tierra tenía o no el movimiento de tipo (2) mencionado anteriormente.

El principio de Mach se mencionó en otra respuesta. El punto importante aquí es que el universo no es machiano en el sentido más natural de la palabra (las definiciones en esta área no están completamente establecidas). En este sentido el principio de Mach es falso .

Ahora un breve comentario sobre el tipo (1). Es posible tener un marco inercial (es decir, sin "rotación" según el tipo (2)) que gira en relación con las estrellas distantes. Esta situación se denomina arrastre de fotogramas; ocurre cerca de grandes cuerpos que giran rápidamente. Es un efecto diminuto (es decir, tal rotación es extremadamente lenta a menos que esté involucrado algo como un agujero negro).

La rotación de la Tierra se puede detectar usando un giroscopio ( http://www.tkt.cs.tut.fi/research/nappo_files/Symposium_Gyro_Technology_2010_web.pdf ). Parece que el equipo utilizado en el artículo cuesta menos de $1000 (sin incluir una computadora).

EDITAR (24/8/2019): Compton propuso otro enfoque (Science 23 de mayo de 1913: Vol. 37, Número 960, págs. 803-806):

"si se coloca un tubo circular lleno de agua en un plano perpendicular al eje de la tierra, la parte superior del tubo que contiene agua se mueve hacia el este con respecto a la parte inferior. Si el tubo se gira rápidamente 180 grados alrededor de su diámetro este y oeste como un eje, la parte del tubo que estaba en el lado superior alcanza un movimiento relativamente hacia el oeste a medida que se gira hacia abajo (ya que se está acercando al eje de la tierra). el tubo conserva una gran parte de su movimiento original hacia el este, y esto puede detectarse por medios adecuados".

"Si entonces$\alpha$es la velocidad angular de rotación de la tierra,$r$el radio del círculo en el que se dobla el tubo..., la velocidad relativa entre el agua y el tubo cuando se gira rápidamente desde una posición perpendicular al eje de la tierra 180 grados es...$\alpha r$."

"Para evitar corrientes de convección, lo mejor es mantener el anillo normalmente en una posición horizontal, en cuyo caso el movimiento relativo es, por supuesto,$\alpha r \sin\phi$, dónde$\phi$es la latitud del experimentador".

Para$r=0.993 m$y la latitud$40^{\circ} 48'33''$(Wooster, Ohio), obtenemos la velocidad de aproximadamente$0.05mm/s$; la velocidad promedio observada por Compton coincidió con la velocidad calculada con un 5% de precisión. Compton midió la velocidad del agua observando los glóbulos de aceite introducidos en el agua usando un microscopio micrométrico.

Usando lo que sabe la NASA, podrías lanzar un pequeño misil hacia el este desde el ecuador y luego lanzar un misil idéntico hacia el oeste desde el ecuador. Si no gira, los misiles recorren la misma distancia. Si bien esto funcionará, la respuesta de The Photon parece más práctica. jajaja

Este es un importante punto de debate

Mucho se ha dicho teóricamente sobre esto. Has redescubierto un argumento de larga data en la filosofía de la física.

A menudo se le llama el "argumento del cubo", ya que uno de los ejemplos más famosos es un cubo de agua que gira, por lo que el nivel del agua no es plano (se abulta por los lados centrífugamente) al igual que su ejemplo con los mares de la tierra abultados en El ecuador.

https://en.wikipedia.org/wiki/Bucket_argument

Es un problema de larga data entre los filósofos de la física. Uno de ellos (Ernst Mach) estaba especialmente preocupado por esto y sus preocupaciones alimentaron el desarrollo de la relatividad general. Mach creía que todo movimiento debe ser relativo, de modo que la fuerza centrífuga que hace que el agua se abulte hacia afuera en el ecuador en realidad es causada por "las estrellas fijas" (de alguna manera), de modo que en un universo vacío con solo la Tierra no sería posible. No sé si estaba girando o no y el agua no se abultaría.

Sin embargo, la Relatividad General no pudo solucionar este problema. Con GR en un universo vacío con solo un balde de agua (o la Tierra), el balde/Tierra aún sabe si está girando o no.

Hay dos campos sobre lo que esto significa:

(1) - Nuestra mejor teoría de la física nos dice que la rotación es absoluta, no relativa. Así que probablemente lo sea. Stuff "simplemente sabe" cuando está girando, esto no necesita una explicación especial.

(2) - Este es un problema realmente grande y muestra que la Relatividad General no es del todo correcta. Un día encontraremos una teoría mejor que lo arregle para que las cosas solo puedan saber cuándo están girando a través de la interacción con otras cosas.

Hay gente en ambos campos. Es posible que nunca sepamos qué grupo tiene razón.

La gravedad de la Tierra es contrarrestada por la fuerza centrífuga en un grado mensurable. Esta es una de las razones por las que la aceleración de caída libre es menor en el ecuador, en comparación con los polos.