¿No experimenta fuerza centrífuga cuando está en órbita?

Creo que la respuesta es no, pero en cierto sentido parece contrario a la intuición, así que solo quería comprobarlo aquí.

Entonces, si lo entiendo correctamente, la teoría general de la relatividad nos dice que cualquier objeto lo suficientemente pequeño en órbita alrededor de la Tierra (que no "experimenta" ninguna fuerza) sigue esencialmente una línea recta a través del espacio-tiempo curvo, que su experiencia sería esencialmente indistinguible de viajar a través del espacio profundo en línea recta. ¿Es ese el caso?

Si es así, esto se siente un poco extraño, ya que desde nuestro punto de vista aquí en la Tierra podemos ver claramente que los objetos en órbita están girando, pero no experimentan fuerza lateral.

Re: "sin fuerza centrífuga". ¿Fuerza centrífuga de qué? ¿Te refieres a la "fuerza" debida a la órbita misma? En el modelo newtoniano, esa fuerza es exactamente igual y opuesta a la fuerza de la gravedad, que de lo contrario haría que la nave espacial y los pasajeros cayeran al suelo.
Recomiendo cambiar "... cualquier objeto en órbita..." a "... cualquier objeto lo suficientemente pequeño ...". Un objeto lo suficientemente grande 'sentirá' el estiramiento y la compresión debido al campo no homogéneo alrededor de un cuerpo central.
Mi modelo mental anterior (de una órbita estable) era que el objeto en la órbita tiene cierta velocidad en la dirección de la tangente de la órbita y la gravedad es lo que curva la trayectoria. Esencialmente una bola giratoria en una correa. En este modelo el objeto experimenta fuerza centrífuga (creo que es igual y opuesta a la gravedad). Pero claramente, este modelo está equivocado y eso no es lo que sucede en la realidad.
Nuevo vídeo de Veritasium: Por qué la gravedad NO es una fuerza

Respuestas (1)

Esencialmente tienes razón. En caída libre, estás en un marco de referencia inercial, no hay fuerzas que actúen sobre ti. Sigues un camino "recto" a través del espacio-tiempo, aunque sería mejor decir un camino "menos curvo". Puede leer más sobre los caminos "rectos" en el espacio-tiempo curvo en mi respuesta a Si la gravedad es la curvatura del espacio, ¿por qué los objetos más masivos son "más pesados"? .

Cuando te paras en el suelo, la fuerza del suelo te empuja hacia arriba para alejarte de este camino.

A menudo tratamos la superficie de la Tierra como un marco de referencia inercial no acelerado, particularmente cuando pensamos en direcciones horizontales. Queremos F = metro a trabajar. Pero existe la fuerza del suelo empujando hacia arriba, y a = 0 . Entonces agregamos una fuerza hacia abajo que actúa sobre todo al lado izquierdo de la ecuación. Esta es la fuerza de la gravedad. La fuerza de gravedad es una pseudo-fuerza.

Hay otras pseudo fuerzas, como la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis. Puede leer sobre ellos en Pseudo Force and Inertial and Non-Inertial Frames y Coriolis Force: Direction Perpendicular to Rotation Axis Visualization .

La gravedad es contraria a la intuición porque no es obvio que la caída libre sea un marco de referencia inercial. Después de todo, obviamente está acelerando hacia la Tierra.

Su respuesta vinculada es muy interesante, tengo curiosidad sobre el origen de la fuerza del suelo empujando hacia arriba. Usted dice que los objetos en el espacio-tiempo siguen la geodésica, también que esencialmente todo en nuestro universo viaja a la velocidad de 1 segundo/s hacia el futuro, lo que equivale a 1 segundo luz de distancia en las dimensiones espaciales. ¿Es esta velocidad de tiempo "constante" la razón por la que tenemos que ser acelerados hacia arriba para permanecer en reposo en la Tierra? ¿Que siempre tenemos esta velocidad en la dirección del tiempo y la geodésica del espacio-tiempo simplemente conduce al centro de la Tierra?
Tengo una pregunta más interesante, ¿no es la razón por la que la curvatura del espacio-tiempo nos parece tan intangible para nosotros más o menos el hecho de que observamos el mundo principalmente detectando fotones y dada su velocidad, sus geodésicas alrededor de la Tierra son esencialmente planas, mientras que las geodésicas de los objetos que viajan a velocidades cotidianas son significativamente más curvos? ¿Quizás si la luz siguiera el mismo camino que los objetos cotidianos, esto sería más obvio para nosotros? Esta es, por supuesto, una pregunta de pura especulación, solo comprobando mi intuición.
Seguir unas geodésicas conduciría bajo tierra. El suelo es rígido y evita que caigamos a través del suelo. Entonces, el origen de la fuerza hacia arriba son los enlaces moleculares que hacen que el suelo sea rígido. Pero lo que creo que realmente quieres saber es por qué seguir una geodésica nos acelera hacia la Tierra. No tengo una respuesta rápida para eso.
Las partes espaciales de la trayectoria de una bala o una roca son lo suficientemente curvas como para notarse. Pero si agrega la parte del tiempo, el otro extremo de la trayectoria que dura 1 segundo es el equivalente a 186000 millas de distancia en la dimensión del tiempo. Una trayectoria tan larga que solo se dobla unos pocos pies es muy plana. La trayectoria de una roca, una bala y un fotón tienen la misma curvatura.
Me preguntaba si algún objeto en el espacio-tiempo podría estar en reposo, pero parece que se da la velocidad a través del tiempo. Eso es lo que pretendía con la primera pregunta. Pero la noción de la fuerza molecular es realmente muy útil. Aún así, si coloco un objeto en reposo (con velocidad espacial 0) en un espacio-tiempo plano, y luego otro objeto en la órbita terrestre con velocidad espacial 0 relativa a la Tierra, ¿de dónde viene la aceleración del segundo objeto? Parece que se está trabajando en el segundo caso, ¿es solo una ilusión? ¿Cuál es la diferencia entre las 2 situaciones?
Ya veo, entonces la diferencia realmente es la duración de la trayectoria, la trayectoria de la luz dura solo una fracción de segundo, por eso parece "recta". Además, lo que observamos como humanos en la dimensión espacial como una trayectoria de la roca podría pensarse como una proyección a las dimensiones espaciales, ¿verdad? La dimensión del tiempo parece muy comprimida en nuestra experiencia (la distancia de 1 segundo se siente mucho menor que 300000 km), por lo que aunque viajó un segundo luz en la dimensión del tiempo, notamos principalmente la parte proyectada en las dimensiones del espacio.
Yo estoy confundido ahora. ¿No está relacionado de alguna manera con la referencia elegida? ¿Como en un carrusel?
¿No experimenta fuerza centrífuga cuando está en órbita?
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