¿Por qué sentimos resistencia a la gravedad en lugar de la aceleración de la gravedad?

Desde una perspectiva newtoniana, la diferencia entre ser acelerado por la gravedad en caída libre (que incluye órbitas) y ser acelerado en un automóvil tiene que ver con el hecho de que solo "sientes" aceleraciones cuando la fuerza externa solo se aplica a una parte de tu cuerpo, en lugar de acelerar cada partícula por igual como con la gravedad. Por ejemplo, si está sentado en un automóvil, la única fuerza externa está en la parte de su cuerpo que está en contacto con el asiento, por lo que si el resto de su cuerpo también acelera, debe ser debido a las fuerzas de compresión internas dentro de su cuerpo. .

Es más fácil de entender si reemplazamos un cuerpo humano complicado con un resorte que tiene la parte trasera unida al asiento. Entonces, la fuerza de las aceleraciones inicialmente solo hará que el extremo trasero del resorte acelere mientras que el extremo delantero no, lo que hará que la distancia entre el extremo trasero y el extremo delantero disminuya, y por la Ley de Hookeesto crea una fuerza que intenta separar los dos extremos, por lo que comienza a acelerar el extremo delantero en la misma dirección que el extremo trasero. Si la aceleración es constante, luego de algunas oscilaciones se alcanzará un equilibrio en el que la distancia entre el extremo delantero y el trasero se reduce en relación con la longitud relajada, y se reduce exactamente en la cantidad correcta para que la fuerza del resorte en el extremo delantero se acelere. al mismo ritmo que el extremo trasero está siendo acelerado por la fuerza neta en el extremo trasero (que es la suma de la fuerza del asiento en la dirección hacia adelante y la fuerza del resorte hacia atrás).

Entonces, básicamente, sucede lo mismo con su cuerpo: cuando el asiento acelera su parte trasera, el tejido de su cuerpo se comprime un poco hasta que la fuerza similar a un resorte acelera su parte delantera al mismo ritmo que su parte delantera, y esta compresión es lo que sientes físicamente como aceleración. Por el contrario, con la gravedad, todas las partes de tu cuerpo se aceleran por igual, por lo que no hay compresión y no sientes nada. Tenga en cuenta que la razón por la que la gravedad es diferente aquí tiene que ver con el hecho de que normalmente no encontramos otras fuerzas externas que actúen de manera uniforme en todas las partes de nuestro cuerpo, pero esto sería teóricamente posible, por ejemplo, si su cuerpo tenía una carga electromagnética negativa neta, y la carga negativa adicional se distribuía uniformemente por todo el cuerpo,fuerza de marea en la gravedad).

Si analiza las cosas utilizando la relatividad general (la teoría de la gravedad de Einstein) en lugar de la gravedad newtoniana, en este caso la gravedad no se trata como una "fuerza" en absoluto, sino como un efecto del hecho de que la materia y la energía crean una curvatura en el espacio-tiempo, y los objetos en caída libre (aquellos sin fuerzas no gravitatorias netas que actúen sobre ellos) siguen naturalmente las geodésicas en el espacio-tiempo curvo. En la física newtoniana, puede (y generalmente lo hace) analizar problemas en un sistema de coordenadas global conocido como marco inercial., y los objetos en caída libre en un campo gravitatorio se tratan como si se movieran sin inercia (no con una velocidad constante en relación con los marcos inerciales). Por el contrario, en la relatividad general solo puedes tener "marcos inerciales locales" en regiones infinitesimalmente pequeñas de espacio-tiempo curvo, y en tales marcos los objetos en caída libre son los únicos que se mueven inercialmente, mientras que algo así como un objeto sentado en la superficie de un planeta es moviéndose sin inercia (siendo acelerado por la fuerza normal del suelo, medida en los marcos de inercia locales de los observadores en caída libre). Consulte este artículo sobre el principio de equivalencia para obtener más información sobre estas ideas.

La respuesta desde una perspectiva newtoniana:

TL; DR: Los objetos sienten la gravitación, pero solo si son muy grandes o si el campo gravitatorio es muy fuerte.

Suponga que está en un traje espacial y está orbitando la Tierra. Tus pies apuntan hacia la Tierra, tu cabeza hacia el espacio. Debido a que la gravitación es una fuerza 1/r ² , la fuerza sobre tus pies es un poco más fuerte que la fuerza sobre tu cabeza. ¡La gravedad está tratando de desgarrar! Esta es una fuerza muy pequeña para alguien de un par de metros de altura. No puedes sentirlo. Ahora imagina estirar los brazos para que queden perpendiculares a tu cuerpo. La fuerza en las yemas de los dedos es hacia abajo pero también un poco hacia tu cuerpo. La gravedad está tratando de apretarte de lado a lado. Aquí hay un diagrama de estas fuerzas en un objeto esférico:

_{(fuente: sydneyobservatory.com.au )}

Las fuerzas de marea ejercidas por la Luna y el Sol sobre la Tierra son bastante pequeñas. Son inmensamente pequeños para un objeto del tamaño de una persona.

Lo que sí sentimos son fuerzas que hacen que los sensores de nuestros oídos se muevan en relación con nuestros cuerpos (la gravedad no hace esto) o causan tensión o compresión en nuestros cuerpos (una vez más, la gravitación no hace esto). Todas las fuerzas que no sean la gravitación hacen esto. Sentimos todo menos la gravitación.

La respuesta desde una perspectiva relativista:

TL; DR: La gravedad no es una fuerza real en la relatividad general.

No sentimos la fuerza centrífuga ficticia o el efecto coriolis ficticio. A diferencia de la fuerza real que sientes cuando tu amigo se ofrece a llevarte en su nuevo Corvette, esas fuerzas ficticias no son "reales" (de ahí el nombre). La respuesta a esta pregunta desde una perspectiva relativista es muy sencilla: la gravitación es una fuerza ficticia en la relatividad general. No puedes sentirlo porque no es "real". Para obtener más información, lea sobre el principio de equivalencia. Hay una serie de preguntas en este sitio que están etiquetadas con la etiqueta del principio de equivalencia . Mire esas preguntas y las respuestas a ellas.