Si la gravedad desapareciera, ¿la tercera ley de Newton haría que todo lo que estaba presionado contra el suelo por la gravedad fuera empujado hacia arriba? [cerrado]

Como explican otras respuestas, la tercera ley de Newton no lo empujaría hacia arriba, porque la reacción desaparece tan pronto como desaparece la acción (gravedad).

Sin embargo, debemos tener en cuenta que estamos asentados sobre varios miles de kilómetros de roca fuertemente comprimida por su propio peso. Si el peso desaparece repentinamente, esa roca reaccionará como un resorte y se proyectará a sí misma y a cualquier cosa en la superficie a una velocidad muy alta hacia el espacio. De hecho, incluso las estimaciones aproximadas más conservadoras de la deformación elástica de la Tierra en su estado actual son del orden de varios kilómetros, por lo que ese es el rebote bastante instantáneo que podemos esperar.

Sí, pero en casi todos los casos el empujón sería imperceptible.

Las fuerzas de reacción de las superficies ocurren cuando las moléculas en la pared se desplazan de su posición de equilibrio. Cuanto más se empujan, más se desplazan, y cuanto más se desplazan, más fuerte retroceden. Cuando te paras sobre una superficie sin caerte es porque has desplazado la superficie lo suficiente como para que la fuerza de reacción coincida con tu peso.

Como ejemplo extremo de esto, imagínate parado en un trampolín. Las personas más pesadas hacen que la superficie del trampolín se hunda más que las personas más livianas. Lo mismo ocurre en superficies duras, pero el desplazamiento es básicamente imperceptible.

Si de repente quitaras la gravedad, la fuerza de reacción de la superficie desplazada seguiría ahí y te alejaría hasta que se restableciera el estado de equilibrio de la superficie.

Nuevamente, imagínese parado en un trampolín sosteniendo pesos pesados. Cuando tires las pesas, el trampolín comenzará a empujarte hacia arriba hasta que alcances un nuevo equilibrio. Si los pesos fueran lo suficientemente pesados, incluso podrían lanzarte por los aires.

Lo mismo sucedería con superficies más duras, pero la cantidad de tiempo que la fuerza de reacción restante actuaría sobre usted sería pequeña y apenas notaría ningún efecto.

Puedes simular este experimento en la vida real con un electroimán.

Por ejemplo, puede sostener una placa de acero orientada verticalmente mediante un electroimán orientado horizontalmente, de modo que la placa pueda caer libremente cuando el electroimán se desenergice.

Si la placa que cae tiene una componente de velocidad horizontal y describe una parábola, puedes concluir que la fuerza normal la ha empujado. Si la placa cae hacia abajo, puedes concluir que no hubo empujón.

Incluso sin realizar dicho experimento, probablemente puedas predecir que el plato caerá hacia abajo. Esto se debe a que la fuerza normal es una fuerza de reacción y nunca excede la fuerza aplicada que la causa, ya sea la atracción del electroimán o la gravedad. Así, a medida que la fuerza aplicada desaparezca, de forma gradual o repentina, la fuerza normal desaparecerá con ella y, por tanto, no habrá ningún empuje.

No. La única razón por la que existe una fuerza de reacción es porque estás empujando el suelo hacia abajo como resultado de la gravedad que te tira hacia abajo.

Quizás una forma de visualizar esto es imaginar un bloque en una pendiente en un ángulo$\theta$a la horizontal.

Cuándo$\theta=0$(es decir, la pendiente es plana), el bloque tiene fuerza$mg$hacia abajo y entonces la reacción hacia arriba es$R=mg$.

Como$\theta$crece constantemente, la fuerza hacia abajo sigue siendo$mg$, pero ahora la fuerza de reacción (que es la fuerza en ángulo recto con la pendiente) se convierte en$R=mg\cos\theta$.

Imagine que esta superficie tiene una fricción muy grande, por lo que puede obtener una gran$\theta$sin que el bloque se deslice hacia abajo. Cuando finalmente alcanzas un tamaño lo suficientemente grande$\theta$, el bloque se deslizará hacia abajo paralelo a la pendiente. Tenga en cuenta que si$R$había conservado su valor de$mg$, el bloque ya habría acelerado alejándose de la pendiente, lo que no sucede.

$\def\vB{\vec B} \def\vR{\vec R} \def\vW{\vec W}$Deseo objetar el concepto mismo de "acción y reacción". Es cierto que se remonta a Newton, quien dice (Principia) Actioni contrariam semper et aequalem esse reactem [A toda acción se opone siempre una reacción igual].

Sin embargo, también añade sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse aequales et in partes contrarias dirigi [o las acciones mutuas de dos cuerpos entre sí son siempre iguales y dirigidas a partes contrarias].

Hay una diferencia importante entre las dos formulaciones. En el primero hay una asimetría, que puede ser vista como temporal (acción antes, reacción después) o incluso causal (acción = causa, reacción = efecto). El segundo en cambio es completamente simétrico: hay acciones mutuas de dos cuerpos, siempre iguales pero opuestos.

Desafortunadamente en el lenguaje común (no solo en inglés) ha prevalecido la primera frase y se usa también en contextos muy alejados de la física. Pero la forma simétrica es mucho mejor y más cercana a nuestra forma actual de ver los fenómenos, donde siempre estamos en presencia de una interacción , sin asimetría causal o temporal.

Permítanme explicar todo esto con un ejemplo familiar. Hay una mesa, o un bloque de mármol con una superficie horizontal. Tengo un ladrillo en la mano y lo coloco suavemente sobre la superficie. Se queda allí, ¿qué ha pasado? ¿Qué fuerzas y cómo nacieron?

El análisis repite lo que ya se dijo en otras respuestas. Sobre el ladrillo actúan dos fuerzas opuestas: una$\vW$hacia abajo (gravedad) el otro$\vR$hacia arriba (reacción del avión). Sé que son opuestos gracias a la segunda ley: si el ladrillo se detiene, la fuerza neta que actúa sobre él debe ser cero:

Entonces la tercera ley dice que debe haber una fuerza$\vB$que el ladrillo aplica a la superficie:

Hasta ahora solo respondí una pregunta parcial: ¿qué fuerzas hay? Y remarqué que mi análisis se refiere al estado de equilibrio. No dice nada sobre lo que sucede antes y por qué se desarrollan estas fuerzas.

Una respuesta más profunda requiere una mirada más cercana a las superficies de la mesa y el ladrillo. Estos están hechos de átomos, pero debemos señalar de inmediato que a escala atómica (y también a una escala mucho más alta) las superficies están lejos de ser lisas. Están llenos de hoyos, picos, arañazos, crestas... de todo tipo de irregularidades, mucho más grandes que los átomos individuales. El resultado es que el encuentro entre el ladrillo y la mesa interesa inicialmente a una fracción mínima de los átomos presentes en las superficies.

Para ver claramente lo que sucede es útil situarnos en un marco de referencia moviéndose a la mitad de la velocidad del ladrillo.$v$. En este marco, el ladrillo se mueve hacia abajo con velocidad.$v/2$, la mesa hacia arriba con la misma velocidad. Tenga en cuenta que esto no es un marco de comunicación, pero nos da una vista simétrica de la interacción que está teniendo lugar.

Durante el acercamiento (inicialmente guiado por mi mano, no lo olvides) la distancia entre la mesa y el ladrillo disminuye, hasta que algunos átomos entran en contacto. Más precisamente: se sabe que las fuerzas interatómicas dependen en gran medida de la distancia. Son insignificantes si los centros de los átomos están separados por más de una fracción de nanómetro, y se vuelven muy fuertes y repulsivos a una distancia menor. Por supuesto, las fuerzas actúan sobre ambos átomos acercándose entre sí y son de igual magnitud (tercera ley de Newton).

El efecto inmediato de estas fuerzas es desplazar los átomos que interactúan de sus posiciones de equilibrio en los sólidos a los que pertenecen. A medida que se acerca, el número de átomos que interactúan crece y sus desplazamientos también crecen. Cuando el número de átomos en contacto es suficientemente grande, las fuerzas resultantes sobre la mesa y el ladrillo se vuelven apreciables a escala macroscópica. El que actúa sobre mesa no tiene efecto, ya que está fijado a tierra. Por el contrario, la fuerza sobre el ladrillo contrasta con la gravedad; entonces, de manera automática, mi mano responde reduciendo su propia fuerza, que era necesaria para sostener el ladrillo en su lento movimiento hacia abajo. Finalmente, se llega a un punto en el que mi mano se vuelve innecesaria: la fuerza de la mesa sobre el ladrillo iguala la gravedad e incluso la supera, ralentizando el movimiento del ladrillo y reduciéndolo a un alto.

Las intensidades de las fuerzas son las descritas anteriormente. La única característica adicional del equilibrio final, aunque apenas apreciable, es una deformación estática de ambos cuerpos. No solo mesa, ladrillo también. Cuánto se deforma cada cuerpo depende de su rigidez: una mesa de madera rendirá más que un ladrillo, una de mármol menos (creo).

Algo similar está pasando ahora mismo...

El rebote posglacial nombra el efecto de la tierra moviéndose hacia arriba, después de que los glaciares de la última edad de hielo, que presionaban la tierra, se derritieran.

Esta es una encarnación indirecta del fenómeno que describiste en tu pregunta. Quita la cosa, que está comprimiendo, y la cosa se relajará.

Estoy de acuerdo con el comentario de David de que es una cuestión de construcción del mundo. Pero tratándolo como una respuesta real, diría, tome la ciencia y tírela a la basura. La tercera ley de Newton no es algo independiente, es básicamente la conservación del impulso que se romperá. Implica la ruptura de la invariancia traslacional. Esto probablemente signifique romper la invariancia de Poincaré a nivel microscópico. Es decir, las partículas como las conocemos ya no existen y nos quedamos con un gran lío. ¿Se reorganiza la física en algún otro conjunto de representaciones que todavía es autoconsistente? ¿O nos quedamos con un universo que simplemente no es consistente en absoluto (difícil de entender lo que esto significaría)?

Básicamente, si cambia un pequeño detalle de la física existente, probablemente termine con un desorden inconsistente.

PD: Todavía me gusta la pregunta y las otras respuestas que se enfocan solo en esta ley e ignoran las posibles inconsistencias con el resto de la ciencia. Pero pensé que todavía faltaba una respuesta de este tipo.

Si la gravedad desapareciera, la Tierra se desgarraría debido a su rotación, las piezas volarían en todas las direcciones en el plano de rotación, al igual que un objeto que estás girando en una cuerda y se dispararía si la cuerda se rompiera.

El planeta ya no es una esfera perfecta, sino algo aplastado. Esto se debe a la fuerza centrífuga. Es la gravedad la que lo mantiene tan esférico como es. Sin gravedad, se aplastaría grotescamente y se desintegraría.

Es posible que no vivas lo suficiente para presenciar gran parte de esto. En el momento en que la gravedad desaparezca, la atmósfera se despresurizaría rápidamente. Sin gravedad no hay presión de aire. Es probable que resulte gravemente herido por la despresurización y pierda el conocimiento.

Sin embargo, pensemos por un minuto en un planeta que no gira y olvidemos la atmósfera por un segundo. La gravedad crea inmensas presiones en el interior del planeta. Si la gravedad desaparece repentinamente, esa presión se libera, como si se liberara un resorte enrollado. Eso va a causar actividad tectónica y volcánica, al menos por un breve momento antes de que todo comience a romperse por completo. En ese instante de pérdida de gravedad, todo el planeta se expandirá repentinamente como una pelota de goma que ha sido comprimida en todas direcciones y soltada repentinamente. Esta repentina expansión tendrá el efecto de expulsar todo lo que está en la superficie, como una patada desde adentro.

En ausencia de la gravedad, nada es empujado hacia arriba porque no hay fuerza que lo empuje. Todo objeto fijo permanecerá fijo y todos los demás tenderán a estar flotando, porque nada los tira hacia abajo.

Creo que aquí hay cierta confusión entre pares de fuerzas y fuerzas opuestas . Suponga que tiene una persona, un piso y la Tierra. Llamemos$F_1$la fuerza que la Tierra ejerce sobre la persona. La persona también ejercerá una fuerza sobre la Tierra. llama eso$F_2$. La persona ejercerá una fuerza sobre el suelo. llama eso$F_3$. El suelo ejerce una fuerza sobre la persona. llama eso$F_4$.$(F_1,F_2)$y$(F_3,F_4)$son pares de fuerzas.$F_4$es una fuerza contraria a$F_1$. Tanto para los pares de fuerzas como para las fuerzas opuestas, hay dos fuerzas en direcciones opuestas, pero con los pares de fuerzas se intercambian el cuerpo fuente y el cuerpo afectado. Por ejemplo, para$F_1$, la fuente es la Tierra y el cuerpo afectado es la persona, por$F_2$la fuente es la persona y el cuerpo afectado es la Tierra. Para fuerzas opuestas, el cuerpo afectado es el mismo.

La tercera ley de Newton dice que cada fuerza viene en un par de fuerzas, pero no dice que cada fuerza tenga una fuerza opuesta; si eso fuera cierto, nada se movería jamás. Si tuvieras que eliminar$F_1$, después$F_4$permanecería, y así la persona sería empujada hacia arriba. Sin embargo, esto no se debe a la Tercera Ley de Newton, excepto en que la razón por la que$F_4$existe en primer lugar se debe a procesos físicos, de los cuales la Tercera Ley de Newton es un factor:$F_1$empuja a la persona contra el suelo, esto provoca$F_3$, y$F_4$viene junto con$F_3$como parte del par de fuerzas. Tiempo$F_4$finalmente es causado por$F_1$, no es la "fuerza igual y opuesta" a$F_1$de la que habla la Tercera Ley de Newton. esa fuerza es$F_2$, la fuerza de atracción que siente la Tierra hacia la persona (debido a la gran masa de la Tierra, la aceleración que provoca esta fuerza es extremadamente pequeña, por lo que a menudo se ignora). Si$F_1$iban a desaparecer,$F_2$también desaparecería.$F_4$permanecería, al menos por un momento (una vez que la persona es empujada lo suficientemente alto,$F_4$desaparecería), y así$F_3$también quedaría. Es decir, la persona ya no sería empujada hacia el suelo por la gravedad, pero seguiría ejerciendo una fuerza hacia abajo sobre el suelo. Imagina un resorte presionado contra un bloque: si lo sueltas, el resorte empujará el bloque y luego se acelerará en la otra dirección.

Más relevante que la Tercera Ley es la Segunda Ley de Newton: si una persona no experimenta aceleración (en el marco de referencia de la Tierra) con la gravedad, entonces las fuerzas netas que actúan sobre ella deben ser cero, por lo que debe haber alguna fuerza distinta de la gravedad. Si esa fuerza permanece después de que desaparece la gravedad, entonces la fuerza neta ahora es hacia arriba.

Como estamos en Physics.SE, esta respuesta se centra en las interacciones fundamentales inmediatas en la vecindad cercana (por ejemplo, OP de pie sobre una losa de material duro) en oposición a cualquier otra cosa (como la Tierra misma comprimida como un resorte y sufriendo una desintegración espontánea ).

No estás parado en la Tierra debido a las Leyes de Newton. Esas leyes solo te informan sobre lo que sucede con los cuerpos cuando las fuerzas actúan sobre ellos, no dice nada sobre de dónde provienen esas fuerzas.

Te paras en una superficie gracias a dos de las cuatro interacciones fundamentales (y claro, esto está técnicamente simplificado, para detalles sangrientos revisa el enlace y si estás realmente interesado, las fuentes primarias enlazadas allí, pero se aplica el principio):

• Gravedad: usted sabe acerca de este.
• Electromagnetismo: esto no solo hace funcionar su computadora, sino que también evita que los átomos en sus botas se hundan en los átomos del piso. Como saben, incluso los átomos con carga neutra consisten en una capa exterior, que tiene carga negativa, y un núcleo, que tiene carga positiva. Cuando los átomos individuales o las moléculas se acercan, la primera interacción es entre sus capas de electrones externas; a medida que se acercan más y más, se repelen. Si no eres un Gran Colisionador de Hadrones, esta fuerza impide que los átomos se acerquen entre sí de forma muy eficaz; a medida que los electrones (capas) se acercan cada vez más, esta fuerza se vuelve ridículamente grande en comparación con la gravedad.
• Puedes olvidarte de los otros dos, solo aparecen en escalas mucho más pequeñas, dentro del núcleo.

Estas interacciones causan todas las fuerzas que conocemos. Dos de ellos causan todas las fuerzas macroscópicas (entre átomos); los otros dos causan todas las fuerzas dentro de los átomos. Si lo desea, los dos primeros explican cómo interactúan los átomos; los otros dos dan una razón por la cual las partes subatómicas del átomo se mantienen juntas (en lugar de que todo sea solo una sopa de quarks).

Regularmente, la gravedad los une a usted y a la Tierra hasta que los átomos que forman la capa más externa de sus botas se acercan a los átomos del piso, aumentando cada vez más la fuerza de repulsión electromagnética que actúa en la dirección opuesta, hasta que se cancelan y el movimiento se detiene. En este punto, por la 1ra Ley de Newton, esas fuerzas son iguales pero opuestas.

Si la Gravedad desaparece repentinamente, entonces, en este mismo momento, solo queda la fuerza causada por el Electromagnetismo. Esto no solo te empujará hacia arriba, sino que, según la tercera ley de Newton, también empujará a la Tierra hacia abajo. Dejando a un lado todos los demás efectos (hablando absolutamente en teoría, sin aire, etc.), el efecto visible será que usted se mueva, ya que según la 2da Ley, se necesita un poco más de energía para mover la Tierra visiblemente, pero como estamos hablando teóricamente aquí, esto es lo que dice la 3ra Ley - ambos se mueven. Las fuerzas actúan sobre ambas partes involucradas.

¿Qué tan grande es esta fuerza? Exactamente tan grande como para cancelar la atracción de la gravedad, antes. Pero como se explicó antes, la interacción electromagnética actúa en distancias increíblemente cortas. Tan pronto como los átomos se alejen un poco el uno del otro (escala atómica), la fuerza se detendrá efectivamente (aunque, como la gravedad, en principio tiene un alcance ilimitado, se reduce con el cuadrado de la distancia). Si bien Alpha Centauri, en teoría, te atrae mientras estás en la Tierra, el efecto no es relevante; lo mismo ocurre cuando los átomos de las suelas de tus botas se alejan un poco del suelo.

El párrafo anterior sería el final si su cuerpo y sus botas fueran idealmente incompresibles y absolutamente rígidos. Pero obviamente este no es el caso; todas estas partes son muy blandas (piense en su piel, etc.; y todos los materiales de las botas se flexionan mucho para mayor comodidad). Todo este comportamiento también es, nuevamente, causado por la misma interacción electromagnética. Así que hay una cadena de repelencia entre todos los átomos involucrados, y en nuestro estado natural (bajo la influencia de la gravedad), todos están muy comprimidos como un resorte. Este resorte se expande cuando la gravedad desaparece, por lo que será la fuerza visible que actúe ( causada , de nuevo, estrictamente por la interacción electromagnética).

Entonces, TL; DR: No , la tercera ley de Newton no te hace volar. Sí , tú y la Tierra técnicamente se separarán, causado por la interacción electromagnética, que fue responsable de que no te fusionaras con la Tierra cuando la gravedad todavía estaba presente. No , la frontera atómica inmediata entre usted y la Tierra juega solo un papel insignificante, ya que la mayoría de las partes blandas de su cuerpo y su ropa forman un resorte efectivo, por lo que hay enormes cantidades de "capas" de átomos involucradas. No estoy en condiciones de calcular cuánta fuerza actúa realmente; obviamente será pequeño, pero como se puede ver y sentirla acción del resorte en el trabajo (especialmente si usa botas de corredor elásticas...), puede suponer que lo hará moverse al menos un poco, un poco perceptible, antes de que otros elementos (corrientes de aire, explosión de la Tierra, etc.) tomen sobre.

Si la Gravedad desapareciera, las cosas que habían sido afectadas por la Gravedad no serían empujadas hacia arriba. Sin embargo, el ecuador de la Tierra viaja a unos 465 m/s en relación con el centro, y sin Gravedad, las cosas que no estuvieran sujetas a la Tierra por otras fuerzas tenderían a mantener la misma velocidad tangencial, y finalmente escaparían de la Tierra.