¿Serías capaz de bajarte de una superficie sin fricción?

Imagina que estás parado (desnudo) en el centro de un disco circular nivelado (con un radio de, digamos, 3 metros) que no tiene fricción.

Sin recurrir a soplar aire o excretar cualquier otro tipo de aire (o fluidos), ¿sería capaz de alcanzar el borde del disco?


Suposiciones adicionales (de los comentarios):

  • tampoco se le permite excretar ningún sólido...
  • supongamos que estás en el vacío
Está prohibido usar líquidos o gases, pero ¿y los sólidos?
@DBPriGuy Buen punto, supongamos que no se permite que salga nada de (o fuera, como si de alguna manera se quitara una parte del cuerpo) de su cuerpo.
@ErikM: ¿Qué hay de mover el aire con las manos?
No sé sobre la reputación de esto, pero esto puede ser relevante: science20.com/hammock_physicist/swimming_through_empty_space
@akhmeteli ¡Supongamos que usted también está en el vacío!
Entonces estás desnudo, en el vacío y no se te permite expulsar nada, ni (supongo) pedir ayuda. ¿Estás tratando de encontrar una solución o estás tratando de encontrar una situación de la que no puedas salir?

Respuestas (5)

Ampliando la sugerencia hecha por @LastStar007:

Supongo que tú y el disco estáis flotando en el espacio con una atracción gravitacional muy débil.

Estás parado sobre el centro del disco, por lo que saltar en este punto no te llevará al borde del disco. Con respecto a ti, el disco se alejará, permaneciendo paralelo a su dirección original. Necesitas crear un impulso que también haga que el disco gire.

Así que primero separe los pies, agáchese para flexionar los músculos y luego salte empujando con un solo pie. El resultado debería ser que el disco gira sobre su CM mientras que el CM también se aleja de usted. Si aplica el impulso adecuado, el disco producirá aprox. 1 4 rotación en el tiempo que su CM se aleja un radio de ti. Entonces el disco chocará contigo en su borde.


El impulso requerido depende de la masa, el radio y la profundidad del disco, tu masa y la separación de tus pies.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Supongamos que el disco tiene ancho 2 R y profundidad 2 a y que tus pies son 2 r separados cuando saltas con un pie. Tu y el disco tienen masas metro y METRO . Además de poder extender los pies, supondré que tiene un tamaño insignificante y que su CM está inicialmente cerca de la superficie del disco.

Tu salto aplica impulso I lo que hace que tu CM se aleje con velocidad v 1 y el CM del disco para alejarse con velocidad v 2 , dónde
I = metro v 1 = METRO v 2 .
El disco adquiere velocidad angular ω 2 = r I j y dónde j y = METRO 12 ( 3 R 2 + a 2 ) es el momento de inercia del disco (=cilindro) alrededor de un eje a través de un diámetro central . También adquieres una rotación, pero ignoraré esto. Si lo desea, puede adaptar el cálculo para tener en cuenta su tamaño finito. Si sus dimensiones son comparables con las del disco, afectará el ángulo en el que ha girado el disco cuando choca contra usted.

En el diagrama de la derecha, el CM del disco se mueve de P a X al mismo tiempo. t que te mueves de lejos a por encima de P a Y. Entonces
t = PAG X v 2 = PAG Y a v 1 .
Mientras tanto, el disco ha girado a través del ángulo. ω 2 t = 1 2 π A dónde broncearse A = a R . También tenemos PAG X + PAG Y = X Y dónde X Y 2 = R 2 + a 2 .

La combinación de todas las ecuaciones podría no conducir a una fórmula fácil para el impulso I = metro v 1 ; podría ser necesaria una solución numérica, especialmente si se tiene en cuenta su tamaño finito.

Si el disco es muy delgado ( a R ) entonces ángulo A = 0 y distancia X Y = R . Alcanzar el borde del disco no depende del tamaño del impulso, solo de su distancia r del CM del disco:
r R = 1 8 π ( METRO metro + 1 ) .
Dependiendo de las masas relativas de usted y del disco, y de la distancia a la que pueda extender los pies en comparación con el diámetro del disco, es posible que no pueda extender los pies lo suficiente como para alcanzar el borde del disco cuando salte.

En principio, puede utilizar la presión de radiación de la luz solar (u otra fuente de luz externa).

Un artículo publicado en 2003 demostró que en un pozo de gravedad* (suponiendo que GR se mantiene):

...la traslación en el espacio se puede lograr simplemente mediante cambios cíclicos en la forma de un cuerpo, sin empuje ni fuerzas externas.

Por lo tanto, la traslación se puede lograr en el vacío a través de cambios de movimiento cíclico del cuerpo. Por lo tanto, nuestro pobre sujeto de prueba dispuesto a ser una víctima puede escapar de este experimento interesante de trampa mortal sin fricción con solo los movimientos correctos.


* Especifico un pozo de gravedad solo para enfatizar que esto solo funciona en un espacio-tiempo curvo.

Tu saltas. El disco todavía gravita.

No estoy seguro si te sigo. ¿El disco se movería (horizontalmente) en relación con la persona si saltara?
@Erik M En ese momento, su pregunta decía salir de la superficie.
Sí, lo siento, me di cuenta de que era ambiguo (disculpas por cambiar el significado).
La pregunta en el momento de la publicación no provocó ninguna crítica ni aclaración, y mi respuesta respondió adecuadamente a esa pregunta. ¿Se supone que debo mantenerme al día con las revisiones de la pregunta y revisar constantemente mi respuesta para reflejarlas?

Si mueve una mano, la conservación del impulso lo deslizará hacia el borde (sin fricción, dijo). El impulso proviene de las reacciones químicas que inducen el movimiento en la mano, en última instancia, energía electromagnética radiada.

Creo que la física que estás usando es defectuosa. El movimiento de su mano haría que su cuerpo se moviera en la dirección opuesta de acuerdo con la conservación del momento lineal, pero tan pronto como su brazo esté completamente extendido, su mano se desacelerará y tanto su cuerpo como su mano volverán a descansar. entre sí y con el disco, lo que hace que esta táctica sea inutilizable para escapar.
También menciona reacciones químicas y energía EM. La única explicación posible que puedo concebir a la que podría estar aludiendo es la presión de radiación de la superficie de su piel. El problema con esta hipótesis es que esta emisión de radiación es esencialmente isotrópica. Las diferentes regiones del cuerpo pueden emitir un mayor flujo de radiación EM (casi toda la radiación infrarroja), pero aun así se emitiría esencialmente de manera uniforme en todas las direcciones, por lo que no habría una fuerza neta actuando sobre usted.
@UniqueWorldline Una vez que se pone en movimiento, ya que el avión no tiene fricción, terminará sobre el borde del disco. Hay un estallido de reacción química cuando se establece un movimiento, y la radiación tiene que ser direccional, los fotones infrarrojos salen en grupo. Acepto la objeción de que la mayor parte de la conservación del momento será absorbida por el resto del cuerpo en la dirección opuesta, pero incluso una pequeña cantidad de radiación direccional, ya que no hay fricción, debería ser suficiente para deslizar el disco.