¿Por qué no sentimos que la Tierra gira debajo de nosotros?

Están sucediendo dos cosas diferentes y no están demasiado relacionadas (por lo que puedo ver). Para la situación del globo aerostático, pensarías que si flotas por encima de donde estás durante 6 horas, la Tierra podría girar debajo de ti y aterrizarías en un lugar completamente diferente. Desafortunadamente, debido a que el globo aerostático estaba en la Tierra para empezar, ya se estaba moviendo con la Tierra. Hay muchos marcos de referencia en juego, aunque sentimos que estamos parados. Todos en la Tierra están parados en la superficie. Sin embargo, la superficie gira alrededor del eje de la Tierra. El eje de la Tierra (y la Tierra misma) gira alrededor del Sol. El Sol gira alrededor de nuestra galaxia y nuestra galaxia viaja a través del espacio intergaláctico.

Entonces, ¿cómo se relaciona esto con la situación de los globos aerostáticos? Bueno, como el globo estaba en la superficie, ya se movía con la superficie de la Tierra. ¿Recuerdas que dije que la superficie de la Tierra gira alrededor del eje de la Tierra? Bueno, dado que el globo estaba en la superficie para empezar, ¡también girará con el eje de la Tierra, al igual que la superficie! ¿Y si quisiéramos lograr ese efecto de desplazamiento? Dije antes que la Tierra gira alrededor del Sol. Para lograr ese efecto de vuelo estacionario, necesitaríamos que nuestro globo aerostático orbitara alrededor del Sol singirando alrededor de la Tierra. No puedes hacer esto con un globo aerostático, ya que la atmósfera también se mueve con la Tierra, y los globos aerostáticos no pueden ir al espacio. Para lograr ese efecto de flotación, necesitaríamos algún tipo de nave espacial con mucho combustible. Si tuviera una nave espacial flotante que no orbitara con la Tierra (esto, de nuevo, costaría muchísimo combustible), entonces sí, podría flotar en el mismo lugar y hacer que la Tierra gire debajo de mí.

Ahora, probablemente te estés preguntando cómo pude lograr esto con una nave espacial que estaba originalmente en la superficie de la Tierra. No tendría mucho sentido este efecto de vuelo estacionario, ya que también puedes volar a tu destino (como el teórico Big Falcon Rocket), pero si quisieras hacerlo, tendrías que ir por encima de la atmósfera de la Tierra, usar tu impulsores para ir en sentido opuesto a la rotación de la Tierra (para cancelar su velocidad), flotar durante un tiempo, luego use sus impulsores para ir junto con la rotación de la Tierra (para volver a la velocidad de rotación) y aterrizar en la Tierra. Por supuesto, podrías saltarte la segunda parte usando escudos térmicos y chocando contra la atmósfera de la Tierra como cualquier otra nave espacial que tenemos, y ningún cohete haría esto, ya que es mucho más práctico orbitar alrededor de la Tierra (sobrevolar cuesta combustible,

Ok, ¿qué pasa con la situación del francotirador? La Tierra gira sobre su eje. Dado que un día tiene 24 horas, un lugar en el ecuador da una vuelta en el mismo tiempo que le toma a alguien en el ártico dar una vuelta. Sin embargo, cuanto más al norte o al sur se encuentre del ecuador, más lenta tiene que girar esa parte de la Tierra para completar 1 rotación en 24 horas. Piensa en hacer girar una pelota. El ecuador de la pelota gira, pero la parte superior e inferior se mueven mucho más lentamente. Es lo mismo. Digamos que mi francotirador está en el ecuador. Cuando el francotirador dispara al este o al oeste, no necesita corregir la rotación de la Tierra porque en todas partes a lo largo de esa latitud, la Tierra gira a la misma velocidad. Sin embargo, si el francotirador dispara al norte, la bala irá al este. Ese' s porque cuando la bala se disparó en la latitud más cercana al ecuador (disparo desde el sur), ese punto de la Tierra se movía más rápido que el punto de la Tierra en el que estaba parado el objetivo. Es como decir que el punto en el que estoy parado gira a una velocidad de, digamos, 1000 mph, pero el punto de mi objetivo gira, digamos, a 995 mph. Dado que mi bala provino de la parte de 1000 mph, obviamente saldrá del cañón a altas velocidades debido a la pistola, pero también girará alrededor del eje de la Tierra a 1000 mph. Sin embargo, una vez que mi bala comienza a acercarse a la latitud de mi objetivo, dado que la Tierra gira más lentamente, parecerá desviarse en la dirección de rotación (que es hacia el este o hacia la derecha). ¿Por qué? Bueno, dado que la velocidad de mi objetivo es 995 mph de rotación, haces 1000 - 995 = 5. Eso significa que mi bala tendrá una velocidad neta de 5 mph hacia la derecha en relación con mi objetivo. Eso significa que mi bala fallará si el objetivo está lo suficientemente lejos. Si disparas desde el ecuador hacia el sur, la bala también irá hacia el este, por lo que se desviará hacia la izquierda. Es el mismo efecto, pero "al revés". Este efecto se llama efecto Coriolis, y es lo que le da a los huracanes su poder.

Finalmente, preguntaste "¿por qué no sentimos que la Tierra gira debajo de nosotros?" Esto se debe a que nos estamos moviendo con la Tierra. Cuando estás en un tren que va a una velocidad constante de 50 mph, no sientes que se mueve (puedes sentir algunos baches debido a las vías llenas de baches). Solo cuando aceleras o desaceleras sientes que las cosas se mueven. Cuando estás en el tren, tu velocidad es constante, por lo que no sientes nada. Es lo mismo para la Tierra, excepto que giras alrededor del eje de la Tierra a una velocidad constante de 1000 mph. Nada ha cambiado, excepto que la velocidad es más rápida.

Probablemente expliqué esto horriblemente, así que siéntase libre de preguntar cualquier cosa.

Es difícil sentir personalmente la rotación de la Tierra, pero solo porque no somos muy sensibles a los cambios muy graduales y a las "fuerzas" muy débiles. Sin embargo, existen objetos cotidianos que pueden mostrarnos la rotación de la Tierra. El globo puede haber sido una mala elección porque incluso un ligero viento con el tiempo dominará el problema. ( ver también ]

un péndulo

Un objeto es un péndulo de Foucault .

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un giroscopio

Otra es una cámara (costosa) con estabilización de imagen inercial. Algunas cámaras tienen pequeños chips de giroscopio que detectan rotaciones muy pequeñas del cuerpo de la cámara y las compensan con el procesamiento de imágenes.

Fuente

Consulte las siguientes preguntas y sus respuestas para obtener más información al respecto.

• Estabilización giroscópica de la cámara SLR: ¿limitada por la rotación de la tierra?
• ¿Por qué la estabilización de imagen tiene un límite?

Son tres preguntas en una.

¿Por qué no sentimos que la tierra gira debajo de nosotros?

Si te preguntas qué sientes cuando estás quieto sobre la superficie de la Tierra, es porque

• La fricción estática y la fuerza normal son fuerzas de restricción,
• La diferencia entre lo que sentirías en un planeta que no gira con la misma masa y tamaño que la Tierra y nuestra Tierra en rotación es muy pequeña, y
• Nunca has experimentado nada más que pararte en nuestra Tierra giratoria.

Las fuerzas de restricción toman el valor que sea necesario para satisfacer la restricción si hacerlo no viola alguna otra condición. Por ejemplo, la fuerza normal empuja normal a la superficie para mantener el objeto restringido en la superficie (la restricción). La "otra condición" en el caso de la fuerza normal es que la fuerza normal solo puede dirigirse hacia afuera. La fricción entra en juego si la superficie sobre la que uno está parado no está nivelada. La otra condición en el caso de la fricción estática es que no puede exceder el coeficiente de fricción estática multiplicado por la fuerza normal.

Entonces, ¿qué valores deben tomar estas fuerzas para mantenerte quieto en la superficie de la Tierra? Desde la perspectiva de un marco inercial, un objeto en reposo sobre la superficie de la Tierra experimenta una rotación uniforme alrededor del eje de la Tierra. Esto significa que la fuerza neta sobre el objeto debe ser hacia el interior, hacia el eje de rotación de la Tierra (nótese bien: no hacia el centro de la Tierra, excepto en el ecuador), y tener una magnitud de$F_{\text{net}}= m r \Omega^2$, dónde$m$es la masa del objeto,$r$es la distancia al eje de rotación, y$\Omega$es la tasa de rotación sideral de la Tierra. Las otras fuerzas que actúan sobre el objeto son la gravitación y la flotabilidad, que es muy pequeña. Ignorando la flotabilidad, debemos tener$\vec F_\text{surface} + \vec F_\text{gravity} = \vec F_\text{net}$. La fuerza neta es mayor en el ecuador, donde es muy pequeña en comparación con la gravedad, alrededor del 0,3 % de la fuerza gravitacional. En otras palabras, la fuerza hacia arriba ejercida por la superficie de la Tierra y la fuerza hacia abajo ejercida por la Tierra como un todo son casi iguales entre sí.

El mismo resultado surge si uno mira las cosas desde la perspectiva de un marco giratorio. Desde esta perspectiva, la fuerza neta aparente es cero. Los marcos giratorios implican fuerzas ficticias como la fuerza centrífuga ficticia. Esto tiene exactamente la misma magnitud pero la dirección opuesta de la fuerza neta calculada anteriormente. El resultado final es el mismo.

Alguien marcó su ubicación de despegue en un globo aerostático y se elevó directamente en el aire. Permanecieron suspendidos durante algún tiempo antes de volver a bajar. Aparentemente, el resultado fue que no se habían desviado del punto de despegue original debajo de ellos. Tal vez entendí todo eso incorrectamente, pero estoy seguro de que está cerca.

Esa es la segunda parte de la pregunta. A menos que estén atados, los globos aerostáticos normalmente no regresan al lugar desde el que despegaron. Los globos aerostáticos van a donde los lleve el viento. Es por eso que los globos aerostáticos necesitan equipos de persecución. Un globo aerostático regresará a su punto de despegue si el viento es inexistente o si cambia de dirección durante el transcurso del vuelo del globo. La flotabilidad que ignoré anteriormente es cualquier cosa menos insignificante para un globo aerostático. Aquí es la fuerza normal la que es despreciable (no existe). Para que un globo permanezca estacionario, el viento debe ser inexistente y la fuerza de flotación debe tomar la misma forma que la fuerza normal que toma para un objeto quieto en la superficie de la Tierra.

¿Por qué es necesario tener en cuenta la "rotación de la tierra" al hacer el disparo en un disparo de largo alcance desde un rifle, por ejemplo?

Porque la bala se mueve con respecto a la superficie de la Tierra. Fíjate bien: solo en los tiros de muy larga distancia, más de un kilómetro, se debe tener en cuenta la rotación de la Tierra. El movimiento de la bala trae a la cuenta otra fuerza ficticia, el efecto Coriolis. El efecto Coriolis es cero para una persona estacionaria y para un globo estacionario.

El efecto Coriolis tiene dos efectos principales en el vuelo de una bala, una desviación horizontal y una desviación vertical. La desviación horizontal depende de la latitud, siendo el efecto más fuerte en los polos y cero en el ecuador. El efecto Coriolis hace que los objetos en movimiento giren hacia la derecha en el hemisferio norte pero hacia la izquierda en el hemisferio sur. La desviación vertical depende de la latitud y la dirección. Esta desviación vertical es más fuerte en el ecuador, cero en los polos o si la dirección del movimiento es al norte o al sur. Las desviaciones son pequeñas, incluso para una bala disparada hacia un objetivo a un kilómetro de distancia. Sin embargo, los centímetros pueden ser importantes.