¿Es la gravedad una fuerza y, de ser así, cuál es su opuesto?

Como muchos otros dijeron, el Sol siente la misma fuerza hacia la Tierra que la Tierra siente hacia el sol. Esa es tu fuerza igual y opuesta. En la práctica, aunque los efectos "visibles" de una fuerza se pueden deducir a través de la primera ley de Newton, es decir${\bf F} = m{\bf a}$. En otras palabras, debe dividir la fuerza por la masa del cuerpo para determinar el efecto neto sobre el cuerpo mismo.

Asi que:

${\bf F_s} = {\bf F_e}$

${\bf F_s} = m_s {\bf a_s}$

${\bf F_e} = m_e {\bf a_e}$

por lo tanto,

$m_s {\bf a_s} = m_e {\bf a_e}$

y

${\bf a_s} = {\bf a_s} \frac{m_e}{m_s}$

Ahora, el último término es$3 \cdot 10^{-6}$! Esto significa que la fuerza que la Tierra ejerce sobre el sol básicamente no le hace nada al sol.

Otra forma de ver esto:

$F = \frac{G m_s m_e}{r^2}$

$a_s = \frac{F}{m_s} = \frac{G m_e}{r^2}$

$a_e = \frac{F}{m_e} = \frac{G m_s}{r^2}$

$\frac{a_s}{a_e} = \frac{m_e}{m_s} = 3 \cdot 10^{-6}$

Nuevamente, la misma gran diferencia en efecto.

En cuanto a la fuerza centrípeta, sigue siendo la misma fuerza. La gravedad proporciona una fuerza centrípeta que es lo que mantiene a la Tierra en órbita.

Nota

Cabe señalar que la masa que actúa como carga de la gravedad, conocida como masa gravitacional , no es, a priori, la misma masa que aparece en la ley de Newton, conocida como masa inercial . Por otro lado, es un hecho de la naturaleza que tienen el mismo valor, y como tal podemos usar un solo símbolo$m$, en lugar de dos,$m_i$y$m_g$. Esta es una suposición subyacente, tácita en la derivación anterior. Esto se conoce como el principio de equivalencia débil .

¡Lo contrario es que la Tierra atrae al sol exactamente con la misma fuerza!
Pensando en pequeño, la Tierra te atrae y tú atraes a la tierra con fuerzas que son iguales en magnitud y dirección, pero de sentido contrario. Por supuesto, según la segunda ley de Newton, esa misma fuerza tendrá un efecto mucho mayor sobre ti que sobre la Tierra. ¡Lo mismo se aplica a la combinación Tierra+Sol!

La tierra siente una fuerza hacia el sol. El sol siente una fuerza 'igual y opuesta' hacia la tierra. De hecho, la tierra no gira alrededor del sol; en cambio, el sol y la tierra (si está considerando solo esos dos cuerpos) orbitan alrededor de su centro de masa.

El Sol y la Tierra interactúan a través de la gravedad. El Sol ejerce una fuerza gravitatoria sobre la Tierra y... La Tierra ejerce una fuerza igual y opuesta sobre el Sol (¿o es lo contrario?).

Opuesto aquí no significa "fuerza antigravedad de ciencia ficción que repele objetos" sino opuesto como en "vector de dirección opuesta e igual magnitud".

La fuerza centrífuga no es una fuerza, sino una pseudofuerza que se introduce porque el marco de referencia no es inercial. En el marco referencial donde se necesita introducir la fuerza centrífuga, la "reacción opuesta" es la propia fuerza centrípeta.

Para resolver el problema de la Tierra alrededor del Sol, primero considere que el Sol tiene una masa infinita y, por lo tanto, no tiene movimiento. El sol ejerce una fuerza sobre la Tierra, y en algún marco de referencia necesitas introducir una pseudofuerza adicional.

Editar:

El campo gravitatorio "generado" por la Tierra es más débil, pero las fuerzas son iguales (en magnitud).

$E_{earth} = \frac{G m_{earth}}{r^2}$

$E_{sun} = \frac{G m_{sun}}{r^2}$

$F = E_{earth} * m_{sun} = E_{sun} * m_{earth}$

Otra edición:

Teniendo en cuenta el título de su pregunta "es la gravedad una fuerza": la gravedad es una de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza (interacciones fuertes y débiles y electromagnetismo). No existe un tratamiento completo de esta interacción a nivel cuántico, por lo que desde un punto de vista clásico, sí, la gravedad es una fuerza, asociada con un campo [gravitacional] conservativo, etc.

El mantra, «la gravedad no es una fuerza»

La gravedad no es una fuerza, según la Relatividad General (o más bien, al menos según la interpretación einsteiniana de GenRel). Este parece haber sido el punto de vista de Einstein. Las otras respuestas también son correctas: dentro de un marco newtoniano. Pero incluso algunos físicos siempre han encontrado confusos los puntos de vista fundamentales de Newton sobre la fuerza, y muchos consideran que GenRel ha aclarado esto. Yo mismo soy editor de wikipedia, así que sé lo poco que se puede confiar en cualquier tema que a la gente realmente le interese, pero aquí hay una referencia y pensé que este mantra no era controvertido... la enciclopedia de los seguidores de von Hayek

La fuerza es una noción clásica.

«En la base de la mecánica clásica está la noción de que el movimiento de un cuerpo puede describirse como una combinación de movimiento libre (o inercial) y desviaciones de este movimiento libre. Tales desviaciones son causadas por fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo de acuerdo con la segunda ley del movimiento de Newton». El punto es tener una noción física de la fuerza, no solo una construcción matemática.

Contraste con la relatividad general

«no hay fuerza gravitatoria que desvíe los objetos de sus caminos rectos naturales. En cambio, la gravedad corresponde a cambios en las propiedades del espacio y el tiempo, lo que a su vez cambia los caminos más rectos posibles que seguirán los objetos de forma natural.» Cualquier cosa física debe tener una formulación matemática covariante... las formulaciones matemáticas que no son covariantes no son físicas. Todo son ondas y una teoría del campo local. Así que no hay necesidad de buscar la fuerza opuesta...

En resumen

Todas las respuestas anteriores también son correctas, desde el punto de vista newtoniano que asume que la gravedad es una fuerza y ​​luego deduce lo que debe estar pasando, si es una fuerza. Y para muchos propósitos prácticos tales análisis son útiles. Pero al leer su pregunta muy literalmente, está preguntando si la gravedad es una fuerza y, técnicamente, la respuesta es no.

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referencias como el código fuente de este foro

Si algo no es controvertido, como la regla de la cadena, las referencias no son necesarias. Pero si algo es controvertido u original, es hora de sacar a relucir las referencias. Por ahora, gracias a Ron, veo que este mantra estándar es controvertido por algunas personas, por lo que he proporcionado referencias. Y aquí hay una referencia a la idea de proporcionar metadiscusión de referencias sobre el intercambio de pilas.

Solo una advertencia que queda fuera de las respuestas anteriores:

La tercera ley de Newton es sólo aproximadamente cierta. Si un sistema irradia (ya sea electromagnéticamente o gravitacionalmente), entonces el momento neto del sistema puede cambiar, y encontrará que$F_{12}\neq F_{21}$si la radiación no es uniforme en todas las direcciones. La razón de esto es bastante simple: la radiación aleja la energía y el impulso del sistema.

Para la Tierra y el Sol, esto realmente no importa mucho, porque la radiación gravitatoria del sistema es tan cercana a cero que ni siquiera sabríamos cómo empezar a buscar el efecto.

Pero para cosas como la colisión de agujeros negros, el efecto puede volverse muy significativo. Dos agujeros negros en órbita con una velocidad del centro de masa cero pueden terminar con una velocidad de escape superior a la necesaria para abandonar el centro de la galaxia, por ejemplo.

Cuando estudias un problema de dos cuerpos, que puede parecer bastante complicado (por la razón de que hay dos problemas diferentes entrelazados: conociendo la posición relativa de los dos cuerpos, determina la fuerza que actúa sobre cada uno de ellos; conociendo las fuerzas determina la relativa posición después de algún tiempo), todo está claro una vez que realiza el siguiente cambio estándar de coordenadas: defina el vector de posición del centro de masa

y el vector de posición relativa

Este cambio de coordenadas es invertible:

Ahora, lo mágico de este cambio de coordenadas es que casi todas las cantidades significativas se dividen en dos términos, por ejemplo, puedes comprobar que la energía cinética total es$T=T_{CM}+T_0$, donde el primer término es la energía cinética calculada en el centro de masa y el segundo es la energía cinética de una partícula ficticia que se mueve con el centro de masa y de masa$m=m_1+m_2$. La energía cinética en el$CM$es:

dónde$\mu=m_1m_2/m$es la masa reducida y es menor que ambas masas. Si$m_2>>m_1$, a primer orden,$\mu=m_1(1-m_1/m_2)$.

El lagrangiano del sistema es:

Si escribes las ecuaciones de movimiento, puedes ver que el$CM$se mueve con velocidad uniforme mientras que la segunda ecuación es la de una partícula ficticia$\mu$en un campo de fuerza central. Entonces, en el caso de que la tierra gire alrededor del sol, ambos se mueven en una elipse alrededor del común.$CM$y desde el$CM$es una media ponderada de la posición de los cuerpos y dado que la masa del sol es un millón de veces mayor que la de la tierra, podemos decir aproximadamente que el sol está estático y la tierra gira a su alrededor. Sin embargo, las fuerzas que actúan sobre la tierra debido al sol y sobre el sol debido a la tierra siguen siendo iguales y opuestas, por lo que no hay paradoja después de todo.

¿Es la gravedad una fuerza que actúa a distancia? Esta idea sonaba improbable incluso para el propio Newton. De hecho, el concepto de campo es mucho más satisfactorio y hace obsoleta la necesidad de interacciones instantáneas. Con GR, la gravedad se convierte en un efecto geométrico completamente local.