¿La rotación es absoluta? [duplicar]

Creo que, en primer lugar, debemos distinguir entre el movimiento circular forzado y el movimiento circular alrededor de un cuerpo masivo a lo largo de una trayectoria geodésica.

La rotación alrededor de un punto es posible mediante una fuerza centrípeta, por ejemplo, una cuerda, que conecta el centro de rotación con el cuerpo en movimiento. En cualquier caso, el cuerpo experimenta una fuerza centrífuga, independientemente de que el centro gire con la misma velocidad angular o no. Por cierto, el centro como punto es solo una imaginación geométrica, en realidad el centro también es un cuerpo con una distancia exterior al centro y también sufre la fuerza centrífuga.

¿La rotación es absoluta?

La velocidad angular (ángulo recorrido por unidad de tiempo o el valor recíproco de revoluciones por unidad de tiempo) de cualquier punto de un cuerpo giratorio es la misma en cualquier distancia (radio) desde el centro de rotación. Entonces, para este valor, la rotación es absoluta. Pero la fuerza centrífuga es función de la distancia al centro y no es una constante.

Un observador (A) que se mueve en un círculo alrededor de un punto en un objeto que gira (con respecto a otro observador B) ¿no debería considerar el objeto estacionario? ¿O sentiría una fuerza que implicaría una aceleración?

Hay un caso en el que un objeto que gira alrededor de un centro no sentirá una fuerza centrífuga. En el espacio libre, un objeto de cuerpo masivo que se mueve alrededor sigue una trayectoria geodésica en un potencial gravitatorio. Por ejemplo, la Tierra gira una vez en 24 h, pero la ISS gira en 90 min alrededor de la Tierra. Y a mayor distancia un satélite podría rotar en 24 h con la tierra. En ambos casos usted como astronauta no siente ninguna fuerza. Pero a partir de la diferencia de rotación entre la tierra y la cápsula espacial puedes calcular la distancia a la tierra.

Esta fue la base de un importante experimento de Newton donde demostró que el movimiento de rotación era absoluto en comparación con el movimiento de traslación que no lo es, este es su famoso experimento del balde.

Esencialmente, podemos decir cuando un sistema giratorio está absolutamente en reposo, es decir, sin referencia a nada fuera de él; mientras que un sistema que se mueve traslacionalmente solo podemos decir cuando está en reposo con algún otro sistema, eso es solo relacionalmente.

Mach argumentó, sin embargo, que el movimiento de rotación era relativo; y esta es la base del Principio de Mach, que fue una consideración importante para Einstein cuando desarrolló GR; aunque es discutible hasta qué punto GR es Machian.

Permítanme combinar mi respuesta con un poco de historia de la ciencia.

En su libro 'Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica' (para abreviar: 'los Principia'), Newton argumentó que la rotación es absoluta. Newton usó dos líneas de razonamiento, una basada en una observación cotidiana y otra basada en un experimento mental.

La observación cotidiana:
Piense en un balde medio lleno de agua. Cuando el agua circula, la superficie del agua es cóncava, cuando el agua no circula, la superficie es plana. El factor determinante es si el agua está en movimiento circulante con respecto al entorno general. El balde en sí está más cerca del agua, pero cuando se descuentan los efectos de la fricción, el estado de movimiento del balde no determina si la superficie del agua será plana o cóncava.

El experimento mental:
imagina dos objetos, a una distancia medible entre sí. Imagina que están rodeados por un espacio vacío, no hay una referencia visible para el movimiento. Pregunta: ¿los dos objetos están estacionarios o están en un estado de circunnavegación de su centro de masa común? Newton argumentó que la respuesta es obvia: si no hay nada que conecte los dos objetos y su distancia relativa sigue siendo la misma, entonces no están circunnavegando. Para que los dos objetos estén circunnavegando se debe proporcionar una fuerza centrípeta; una cuerda o cuerda de cualquier material debe estar presente para proporcionar la fuerza centrípeta requerida. Dada la cantidad de masa de inercia de cada objeto, puede inferir la velocidad de rotación a partir de una medición de la cantidad de tensión de la cuerda.

El astrónomo de Sitter (1873-1934) ofreció la siguiente observación/razonamiento:
Cuando dos cuerpos celestes orbitan su centro de masa común en una órbita elíptica, las siguientes características siguen siendo las mismas: el plano de la órbita mantiene la misma orientación (al igual que con las órbitas circulares) y la elipse sigue apuntando en la misma dirección. Es decir, a menos que esté bajo la influencia de otro cuerpo celeste, la elipse en sí misma no gira de ninguna manera. Las observaciones astronómicas identificaron sistemas de estrellas dobles, y algunos de esos sistemas mostraban una órbita elíptica. Todas las observaciones apuntaban en la dirección de esas órbitas elípticas que no giraban. Esta fue una fuerte evidencia que corrobora que la referencia para la rotación es la misma en todas partes de nuestra galaxia. En otras palabras, fuerte evidencia que corrobora que la rotación es absoluta.

Un observador en un marco de referencia no inercial observa fuerzas ficticias como, en el caso de un marco giratorio, las fuerzas centrífuga y de Coriolis. Estas fuerzas violan la tercera ley de Newton, porque no son una interacción entre dos objetos. Un marco inercial se define como uno en el que se cumplen las leyes de Newton.