¿Cuál es la prueba, sin salir de la Tierra, e involucrando solo la física básica, de que la tierra gira alrededor de su eje?
Por física básica me refiero a la física que los primeros físicos deben haber usado para deducir que gira, no la relatividad.
El péndulo de Foucault es un gran experimento que demuestra que la Tierra está girando, pero solo se introdujo en 1851. Se sabía que la Tierra giraba durante varios siglos antes de eso, probablemente estimulada por Copérnico y Galileo impulsando el modelo heliocéntrico del sol . sistema durante el siglo XVI.
Un par de décadas antes del péndulo de Faucalt, se descubrió el efecto Coriolis . Esto afecta (entre otros sistemas igualmente grandes) a los huracanes, haciendo que giren en sentido horario o antihorario dependiendo de si están en el hemisferio sur o norte. Es una fuerza aparente que aparece en cualquier marco de referencia giratorio (como un planeta que gira). Nuevamente, esto no habrá ayudado a los primeros creyentes de la 'Tierra giratoria'.
La evidencia temprana de que la Tierra gira fue casi con certeza la observación del sol, los planetas y las estrellas moviéndose por el cielo y luego, con la ayuda de telescopios, de los otros planetas también girando. Por supuesto, esto requiere que confíes en que la Tierra no es el centro del universo y, por lo tanto, no "prueba" que la Tierra esté girando de la misma manera que la observación del péndulo de Foucault o el efecto de Coriolis.
La idea de una "prueba" en física es difícil. Al principio, una teoría como la de la "Tierra giratoria" simplemente se presentará para explicar las observaciones anómalas que las teorías actuales no pueden (como por qué los otros planetas y el sol se mueven independientemente de las estrellas de fondo si todo gira junto alrededor de la Tierra). ?). Luego se prueba mediante experimentos inspirados o predichos por la teoría (si la Tierra está girando, ¿qué deberíamos esperar observar?). Si todo se sostiene, se acepta como un hecho. Eventualmente, alguna chispa brillante se da cuenta de que puede demostrar que la Tierra está girando con un pequeño e ingenioso experimento (el péndulo de Foucault/efecto Coriolis/lanzamiento de un cohete al espacio) y se suma a la montaña de evidencia ya acumulada sobre el tema.
péndulo de Foucault . No sé cómo lo hicieron los antiguos, pero seguramente es pura mecánica clásica.
La animación describe el movimiento de un péndulo de Foucault a una latitud de 30°N.
Creo que el péndulo de Foucault es la mejor respuesta, pero en aras de la variedad añadiré otro muy interesante: el abultamiento ecuatorial que afecta a la figura de la Tierra . Este es el "panqueque" del planeta debido a su rotación. Puede medir la geometría de la Tierra sin salir de su superficie y descubrir que se está abultando de acuerdo con sus expectativas si ese abultamiento fuera causado por la rotación al mismo ritmo que el que observamos en relación con estrellas distantes. Como siempre, no existe tal cosa como "prueba" en física, pero esta es una fuerte evidencia de apoyo.
Una indicación indirecta de que la Tierra gira es el hecho de que la rotación varía con el tiempo. En primer lugar, la orientación del eje de la Tierra cambia: efectos a largo plazo como la precesión y variaciones lentas en la inclinación axial , así como pequeñas variaciones a corto plazo como la nutación. La precesión ya era conocida en la Antigüedad (Hiparco, Ptolomeo,...) y el cambio de inclinación axial fue reconocido por personajes como Fracastoro (en 1538). Consulte las páginas wiki para conocer los antecedentes históricos.
El período de rotación de la Tierra también cambia. En primer lugar, la rotación se está desacelerando, causada por la interacción de las mareas entre la Tierra y la Luna: la duración del día aumenta alrededor de 2 milisegundos por siglo. Edmond Halley fue el primero en notar que el período orbital de la Luna había cambiado en comparación con los registros antiguos, y el efecto se explicó en los siglos XVIII y XIX.
En estos días, podemos medir la rotación de la Tierra con mucha precisión y descubrimos que la rotación varía ligeramente de un día a otro. En particular, los cambios en los vientos atmosféricos y las corrientes oceánicas provocan fluctuaciones periódicas en la inclinación axial y el período de rotación: una fluctuación anual con una amplitud de 0,34 milisegundos, un período semestral con una amplitud de 0,29 milisegundos, fluctuaciones de 10 días de la orden de 0.1 milisegundos, fluctuaciones por eventos de El Niño, etc (ver wikipedia , y también este post ). Los grandes terremotos también pueden cambiar el período de rotación en unos pocos microsegundos, pero estos efectos resultan difíciles de medir (consulte este artículo sobre el terremoto de Japón de 2011).
¿Estas variaciones prueban que la Tierra gira? No directamente, pero me gustaría escuchar a los geocentristas explicar cómo el universo entero puede cambiar su rotación, no solo durante miles de años, sino incluso diariamente, cuando las causas de estas variaciones se remontan a eventos en la Tierra o su orbita.
Editar
Otra prueba de que la Tierra gira, aunque solo se puede medir con técnicas modernas: la aberración .
Todos ustedes están familiarizados con este efecto: supongan que están parados bajo la lluvia y no hay viento. Como la lluvia caerá verticalmente, debes sostener tu paraguas hacia arriba. Pero ahora empieza a correr. ¿Lo que sucede? Desde tu punto de vista, la lluvia ya no caerá verticalmente: tienes que inclinar el paraguas hacia adelante para mantener la cabeza seca. Un fenómeno similar ocurre con la luz: la dirección en la que ves un haz de luz depende de tu velocidad. Este efecto se llama aberración .
Por ejemplo, suponga que tiene dos estrellas, separadas por un ángulo en un marco de descanso. Si un observador se mueve hacia la estrella en el eje horizontal, verá la segunda estrella en un ángulo , en vez de . Si la velocidad del observador cambia, entonces el ángulo cambia, y la estrella parecerá "bambolearse" con respecto a las estrellas en diferentes posiciones.
La velocidad orbital de la Tierra alrededor del Sol provoca una aberración anual : durante el período de un año, cada estrella y galaxia parecerá oscilar en una elipse, con un desplazamiento máximo de alrededor de su posición media, independientemente de su distancia a la Tierra (a diferencia del paralaje, que depende de la distancia). Fue observado por primera vez por James Bradley en 1725 y es una prueba directa de que la Tierra gira alrededor del Sol.
Pero hay otra aberración mucho más pequeña: una aberración diurna , causada por la rotación de la Tierra alrededor de su eje. El efecto es mayor para un observador en el ecuador, que tiene una velocidad ecuatorial de , mientras que un observador en los polos no verá ningún efecto. Para un observador en el ecuador, la posición de cada estrella oscila diariamente, con un desplazamiento máximo de . Es un efecto increíblemente pequeño, pero es medible y debe tenerse en cuenta al hacer astrometría de alta precisión. Además, prueba que la Tierra gira.
Cualquier cosa relacionada con el efecto Coriolis (pueden encontrar algunas imágenes bonitas en el enlace), es decir, incluso los cañones serán (no precisamente, más bien parece) desviados debido a la rotación de la tierra.
Midiendo la geometría de la tierra, encontramos que tiene un abultamiento ecuatorial. No hacemos suposiciones sobre la causa del abultamiento, aunque ya sugiere que la tierra está girando como lo ha descrito @Mike.
Medimos la aceleración de la gravedad en los polos y en el ecuador. La mayor parte de la diferencia que encontramos se explica por la protuberancia, pero hay una discrepancia. La aceleración debida a la gravedad es menor en el ecuador de lo que esperamos. Esta discrepancia se explica muy bien asumiendo que la tierra está girando. De hecho, haciendo esta suposición podemos hacer un cálculo aproximado del período de la tierra.
Podríamos ir tan lejos como para medir cuidadosamente la aceleración debida a la gravedad a lo largo de diferentes líneas de latitud y así encontrar la aceleración debida a la gravedad en función de la latitud. Encontraríamos que estas medidas estaban bien descritas por un modelo en el que la tierra achatada giraba con un período de aproximadamente un día.
Revisemos la afirmación de que la tierra gira sobre su propio eje. Podemos elegir este eje para que sea el -eje. La tierra puede ser aproximada por una esfera. Considere un péndulo que vive en algún lugar de la superficie de la tierra, oscilando inicialmente en una línea norte-sur. La posición de la lenteja se describe como un vector. viviendo en el espacio tangente de esta esfera. A medida que la tierra gira, se transporta paralelamente a lo largo de la curva trazada por la rotación de la tierra, llámese (un circulo). Entonces la ecuación obedecida por es dado por,
Un cálculo fácil muestra que los símbolos de Christoffel que no desaparecen de la esfera son Estas ecuaciones se convierten en ecuaciones acopladas de la siguiente manera:
El efecto Sagnac puede detectar la rotación absoluta. Esto se utiliza, por ejemplo, en el giroscopio láser de anillo que se utiliza en los aviones modernos como dispositivos de navegación. No solo es posible usar este efecto para probar que la tierra gira, sino que su precisión para detectar variaciones en la rotación comienza a ser competitiva con las técnicas más precisas de hoy en día: ver
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