Como se ve en esta respuesta y también en este libro , capítulo 6, página 6-10, expresión 22, cuando caes radialmente desde el reposo en el infinito, tu velocidad en el tiempo coordinado, como se ve desde un observador distante, puede describirse mediante la expresión:
Si suponemos " ” para ser la distancia radial real y no solo el ”parámetro r de las coordenadas de Schwarzschild” esta es la velocidad . Quiero saber la expresión de la aceleración en función de ” " y " ” para un pequeño objeto de masa moviéndose puramente radialmente hacia adentro o hacia afuera desde una distribución de masa compacta esféricamente simétrica en el caso general.
Tomando la derivada con respecto a "r" de la expresión anterior obtengo:
De estas dos expresiones vemos que la velocidad máxima es en . A partir de este hallazgo, no debería ser tan difícil, pero esto no será una expresión general, sino solo la aceleración de algo que se deja caer desde el reposo en el infinito. En las coordenadas de Schwarzschild, la velocidad radial de la luz es como . En esto se convierte entonces, al caer desde el reposo en el infinito, alcanza la velocidad máxima cuando . Tal vez puedas decir que la gravitación se vuelve repulsiva cuando viajas hacia el centro del campo gravitacional más rápido que veces la velocidad local de la luz?
Pregunta : ¿Qué aspecto tiene la expresión general para la aceleración de un objeto en el tiempo coordinado para un objeto que se mueve puramente radialmente hacia adentro/hacia afuera desde el centro del campo gravitatorio, suponiendo una distribución de masa esféricamente simétrica sin giro y que el parámetro r de las coordenadas de Schwarzschild es la distancia física real?
Estoy buscando una expresión para la aceleración instantánea en función de "r" y "v".
Sé que en los campos débiles de nuestro sistema solar, la NASA/JPL están usando esta expresión para calcular la aceleración newtoniana más la relativista:
Esto se basa en una expansión de primer orden de la solución de Schwarzshild en coordenadas isotrópicas. Para caída radial pura obtienes:
Espero una solución exacta para la aceleración radial pura en el "espacio de coordenadas de Schwarzschild" y un tiempo de coordenadas similar a la solución aproximada para la aceleración radial pura que puede obtener de la ecuación de la NASA.
Según la respuesta de amateurAstro abajo, la expresión debería ser:
Esto es consistente con el relleno:
en
para obtener (al menos esto es cierto para el movimiento radial puro y no radial puro):
(Estoy tratando de encontrar un término dependiente de la velocidad que, junto con la aceleración newtoniana clásica, reproduzca exactamente las órbitas de Schwarzshild)
Como sugirió Rob Jeffries en un comentario, formular una solución para dr/dt arbitrario requiere otro parámetro, ya sea la energía por unidad de masa, E/m, o el radio del caparazón donde se dejó caer el objeto.
Un observador de conchas en , ve un objeto que pasa a la velocidad radial adecuada , con la correspondiente energía/cantidad medida en el marco local de Minkowski (usando unidades con c = G = 1)
por conocido en un radio , puede determinarse invirtiendo la expresión anterior para . Luego sustituye en la ecuación para la aceleración anterior.
El enfoque alternativo, dejando caer un objeto desde el reposo en el radio , usa las ecuaciones 37 y 38 de la sección 6.7 de TWB, lo que resulta en
El radio de la concha necesario para obtener una velocidad deseada en la cáscara se puede encontrar usando
A modo de ejemplo, a continuación se muestra un gráfico utilizando en . Para estos valores , y . Como referencia, las curvas verde y roja son la velocidad y la aceleración de las coordenadas de Schwarzchild para un objeto que se deja caer desde el reposo en el infinito, . Las curvas discontinuas azules y marrones son para un objeto que se deja caer desde el reposo en , y las curvas sólidas azules y marrones para un objeto lanzado desde con una velocidad de Schwarzschild de
Editar: este es solo el caso de caída libre desde el infinito; no es el caso general. Se necesita agregar más.
La aceleración se puede escribir como
La aceleración es negativa (es decir, se vuelve más negativo) mientras que , cambia de signo a una "desaceleración" cuando , alcanza un mínimo y luego aumenta a cero en (pero nunca llega allí desde ).
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