Si las fuerzas centrífugas son ficticias, ¿no es también ficticia la fuerza gravitacional?

La mejor manera de evitar este tipo de confusión es comenzar desde el principio con una descripción puramente newtoniana del movimiento, es decir, trabajando en un marco inercial. Solo después de comprender la situación en el sistema inercial es posible analizarlo en un marco no inercial sin terminología o confusión conceptual. Para la presente discusión, podemos despreciar el efecto de la presencia de otros planetas.

En un marco inercial, tanto el Sol como la Tierra se mueven con una trayectoria casi circular alrededor del centro de masa común. Si centrípeta significa hacia el centro de rotación , ambos$F_{es}$y$F_{se}$son centrípetas . En este marco de inercia, no hay fuerza centrífuga.

En el marco no inercial no giratorio centrado en el Sol, acelerando así con aceleración${\bf a}_s$con respecto a cualquier sistema inercial, una fuerza ficticia (o inercial)${\bf F}_f = -m {\bf a}_s$aparece en cada cuerpo de masa$m$. Como consecuencia, no hay fuerza neta sobre el Sol, y la fuerza sobre la Tierra es la suma de la fuerza gravitatoria habitual más una fuerza ficticia.

Los marcos de referencia donde aparece una fuerza centrífuga ficticia son todos los marcos de referencia no inerciales que giran con respecto a los marcos inerciales. Por ejemplo, si asumimos órbitas circulares por simplicidad, en el marco no inercial centrado en el Sol y corrotando con la Tierra, aparece una fuerza centrífuga ficticia en la Tierra, exactamente igual a la fuerza gravitatoria. De hecho, en tal sistema giratorio, la Tierra está en reposo a una distancia fija del Sol.

Estás mezclando lo centrífugo con lo centrípeto.

No existe tal cosa como una fuerza centrífuga, correcto. Más bien, el efecto centrífugo es la tendencia a parecer volar hacia afuera en el movimiento circular que sentimos. Esta fuerza ficticia empuja hacia afuera .

Pero hay una fuerza centrípeta. Tira hacia adentro. Y esto es lo que hace la gravedad. La tierra es atraída hacia adentro, hacia el centro de su trayectoria circular. Esta es la fuerza que en realidad causa el movimiento circular, ya que esta fuerza agrega el componente de velocidad perpendicular hacia adentro que hace que el vector de velocidad gire.

La gravedad en el caso del movimiento orbital de la tierra es de hecho la fuerza que constituye la fuerza centrípeta.

Además de la fuerza centrípeta/centrífuga señalada por Steeven, también existe el hecho de que la fuerza gravitacional sigue siendo aplicable incluso si no hay movimiento circular, por ejemplo, el Sol está atrayendo a Alfa Centauro, aunque Alfa Centauro no orbita alrededor del Sol. .

Otras respuestas han manejado la confusión que tenía sobre las fuerzas que actúan sobre el Sol y la Tierra. Esta respuesta es sobre la ficticia gravedad.

La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que debe agregarse cuando el marco de referencia está girando. Cuando una persona está en un tiovivo y se considera estacionaria, se debe agregar una fuerza centrífuga ficticia para que la fuerza real que realmente está sintiendo: las barras del tiovivo empujándolos tan que se mueven en un círculo, está equilibrado por una fuerza percibida que los empuja hacia afuera, lo que da como resultado que no haya movimiento en el marco giratorio no inercial.

En la mecánica newtoniana, la gravedad es una fuerza real (no ficticia). Pero en la Relatividad General, la gravedad es una fuerza ficticia que debe agregarse cuando el marco de referencia no es inercial. De manera poco intuitiva, alguien que está parado en la Tierra (y que no se mueve en relación con la Tierra) está en un marco no inercial , porque no está en caída libre. La Tierra los empuja hacia arriba a 9,8 m/s ², y hay que sumar la fuerza ficticia de la gravedad, de igual magnitud pero apuntando hacia abajo, para que la mecánica funcione y queden en la superficie de la Tierra. En el marco de inercia coincidente, caerían libremente hacia abajo a menos que la Tierra los empujara, no porque la "gravedad" los esté "jalando", sino porque la forma del espacio requiere que los objetos sin fuerza caigan libremente.

El concepto de fuerza centrípeta o centrífuga depende del marco de referencia en el que te encuentres. Por lo tanto, no es correcto decir que la fuerza gravitatoria es una fuerza centrípeta.

Suponga que está en reposo en un laboratorio e imagina dos objetos sentados sobre un escritorio: actúan por fuerzas gravitatorias pero permanecen en reposo debido a las fuerzas de fricción con el escritorio. En este caso, no hay fuerza centrípeta sobre ningún objeto, sino que las fuerzas gravitatorias actúan sobre ambos.

El caso de la tierra girando alrededor del sol es un caso especial porque de acuerdo con la segunda ley de Newton la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es$ma$, entonces, suponiendo una órbita circular con el sol fijo en su centro y despreciando cualquier otra fuerza excepto la gravitatoria,

Las fuerzas centrífugas son un poco diferentes. Cuando se encuentra en un marco no giratorio, como en los casos descritos anteriormente, no hay fuerza centrífuga. Las fuerzas centrífugas sólo aparecen en marcos de referencia no inerciales, como el marco de reposo de la tierra en el sistema tierra-sol, es decir, el marco que gira junto con la tierra. En tal marco, debido a que la tierra está permanentemente en reposo, no hay aceleración. Sin embargo, debido a que es un marco no inercial, podemos tener fuerzas ficticias, y de hecho, en este caso, la fuerza gravitatoria debida al sol se equilibrará con una fuerza centrífuga de igual magnitud que la fuerza centrípeta de antes.

La confusión está en su primera oración, donde identifica una fuerza gravitacional como "centrífuga" o "centrípeta". Ese es el error básico, que luego te prepara para "pero eso es ficticio, ¿no es así?"

Arreglemos ese error de forma rápida y sencilla.

Clásicamente, el sol atrae a la tierra, y la tierra atrae al sol, debido a su masa, por gravedad. (Ignoraré la relatividad general y el espacio-tiempo deformado y demás, pero tenga en cuenta que es una forma más sofisticada y aparentemente correcta de verlo) .

Pero ninguna de esas fuerzas debe definirse como centrífuga o centrípeta sin pensarlo un poco más.

La atracción del sol sobre la tierra hace que la tierra se acelere. La aceleración de la tierra da como resultado una órbita elíptica (casi circular). Esa es una fuerza genuina. Si fuera una pregunta de física, la identificaríamos como una fuerza centrípeta, una fuerza que tira hacia un centro fijo o un punto fijo.

De manera similar, la tierra atrae al sol, hace que el sol gire alrededor de la tierra. Eso también actúa como una fuerza centrípeta.

Técnicamente, ambos giran alrededor de un punto llamado baricentro, una especie de "centro de masa y gravedad" para los 2 objetos. Cada uno hace que el otro gire a su alrededor. Sin embargo, como el sol es mucho más grande, solo vemos un objeto girando, pero en realidad ambos giran.

Pero no hay una fuerza centrífuga en el sistema. No precisamente.

Aunque su razón es incorrecta como han señalado otros, la fuerza gravitatoria es de hecho ficticia, localmente.

Comparemos dos situaciones:

1. Te paras en la tierra y hay una fuerza gravitacional.$F = m_gg$
2. No hay gravedad, pero todo lo que te rodea se mueve con una aceleración.$-g$. En este caso habrá una fuerza ficticia$F = -ma = m_ig$

Siempre que la masa gravitatoria$m_g$es igual a la masa inercial$m_i$, que ha sido atestiguado por los experimentos hasta el momento, entonces no puedes notar la diferencia entre (1) y (2).

Tenga en cuenta que esto solo es cierto localmente porque la gravedad tiene efectos de marea. Básicamente significa que la fuerza sobre tu cabeza es diferente de la fuerza sobre tus pies. En un caso extremo en el que estás siendo absorbido por un agujero negro, puedes sentir que tu cuerpo está siendo separado, lo que no sucederá con una fuerza ficticia.