La ingravidez en caída libre y en el espacio libre, ¿son lo mismo?

El pensamiento de Einstein de una persona en caída libre y cuando está suspendida en el espacio libre sin que actúen fuerzas, se sentirá de la misma manera. En la conferencia de Walter lewin sobre caída libre, dijo que la caída libre es cuando solo la fuerza de gravedad actúa sobre un cuerpo (mecánica newtoniana).

¿Cómo se conectan estos dos pensamientos? ¿Cómo ambas condiciones son las mismas? Uno tiene una fuerza neta que actúa y el otro no tiene fuerza neta. Si tenemos que diseñar un componente/máquina para que funcione en estas condiciones, ¿debemos considerar alguna fuerza? De ser así, ¿cuál fuerza?

Editar: Comprensión mejorada No hay fuerza de gravedad, cuando un cuerpo está en el espacio libre, el espacio-tiempo es plano, en un campo de gravedad es curvo, un cuerpo colocado en ambos seguirá un camino geodésico si no actúa una fuerza externa. Este movimiento del cuerpo en una trayectoria geodésica sobre un espacio-tiempo curvo se manifiesta como un cuerpo bajo aceleración constante.

Hola Azeem. ¡Bienvenido a PSE! El hecho de que ambos escenarios sean iguales es la esencia del Principio de Equivalencia. Cuando preguntas "si tenemos que diseñar una máquina para que funcione en estas condiciones", ¿a qué te refieres exactamente? ¿Qué tendría que hacer esta máquina?
Re, "...suspendido en el espacio libre sin fuerzas actuando..." Creo que esa elección de palabras te está desviando. "Suspendido" normalmente significa que alguna otra fuerza está actuando sobre ti. (p. ej., "suspendido por una cuerda".) No hay "dos pensamientos" aquí. "caída libre" y "ninguna fuerza (aparte de la gravedad) actuando" significan exactamente lo mismo.

Respuestas (2)

Lo que sientes como peso mientras estás parado en el suelo no se debe a la gravedad sino a la fuerza de contacto normal que el suelo aplica sobre ti. Cuando se quite ese soporte, no sentirá su peso.

Si está colgado en el espacio sin nada que le aplique fuerza, entonces no sentirá su peso.

Y cuando caes bajo la gravedad sin nada que contrarreste tu caída o digas aplicar la fuerza de contacto, entonces tampoco sentirás tu peso y es por eso que decimos que ambas situaciones son caída libre.

Entonces ambos están relacionados ya que en uno no había fuerza y ​​en el segundo no había apoyo ni fuerza de contacto. Entonces, en ambas situaciones nos falta la fuerza de contacto normal.

Esto es exactamente lo que se explica exactamente en su video vinculado.

Re, "colgar en el espacio" versus "caer bajo la gravedad". Esas situaciones no solo están "relacionadas": son exactamente lo mismo. Un astronauta en una caminata espacial, flotando al lado de la Estación Espacial Internacional (ISS) está "cayendo bajo la gravedad". La propia ISS (cuando no están encendiendo un motor para corregir su órbita) está "cayendo bajo la gravedad". La Tierra misma está cayendo bajo la gravedad, al igual que todo nuestro sistema solar, al igual que toda nuestra galaxia. No hay lugar en el universo donde no estarías "cayendo bajo la gravedad" si ninguna otra fuerza estuviera actuando sobre ti.

La diferencia entre la caída libre y el espacio libre es simplemente la distancia entre usted y los objetos que interactúan con usted gravitacionalmente y cuándo esa interacción gravitacional se volvió dominante. Si te bajas de un trampolín alto, tendrás un breve tiempo de caída libre antes de impactar contra la superficie. Si estuviera en el espacio interestelar y bajara de una nave espacial, tendría mucho tiempo antes de que sus movimientos estuvieran nuevamente dominados por una fuente de gravedad cercana y lo describiríamos como si estuviera en el espacio libre, y eso podría continuar para siempre, por ejemplo. si su camino se cruza con un objeto lo suficientemente grande como para destruirlo pero no lo suficientemente grande como para superar su movimiento relativo.

Por otro lado, si su camino en algún momento se volviera aproximadamente paralelo a un objeto lo suficientemente grande como para comenzar a arrastrarlo, una vez más lo describiríamos como si estuviera en caída libre, aunque le lleve años impactar contra la superficie.

Si disparas una pistola directamente hacia abajo a una distancia de unos pocos pies, no diríamos que la bala estaba en caída libre, porque su movimiento estaría completamente dominado por la explosión hasta que impactara la superficie.

En resumen, la caída libre y el espacio libre son solo términos relativos para lo mismo, solo describen cuán inmediato terminará la condición.