¿Por qué la gravedad hace que todo sea redondo?

Estoy estudiando formas de hacer una máquina antigravedad (!!). Creo que se puede hacer, o teóricamente se puede hacer usando la propia gravedad como una "fuerza" que empuja hacia afuera en lugar de hacia adentro.

No funciona de esa manera. Nadie ha encontrado una versión repulsiva de la gravedad y no hay evidencia de que esto sea posible.

Y en ciencia, nos guiamos por la evidencia.

Aquí se hizo una pregunta similar, que habla de por qué los objetos en el universo son redondos, lo cual, como se dijo, se debe a la Gravedad.

Que la respuesta de la pregunta explica por la naturaleza atractiva de la gravedad. Ninguna evidencia (otra vez esa palabra) de repulsión.

Entiendo que la gravedad es la "fuerza" más fuerte y consistente del universo.

Entiendes mal.

Se considera la más débil de las fuerzas fundamentales. Esta respuesta de Physics SE explica por qué .

Parece ser fuerte solo porque, en promedio, a gran escala, la materia generalmente tiene una carga neutra, mientras que la masa (y la energía) aumentan cuanto más espacio tiene (un poco simplista, pero esa es la idea general).

En cuanto a "consistente", bueno, todas las fuerzas se comportan de manera consistente o no podríamos modelarlas con matemáticas.

y para atravesarlo tenemos que empujar contra él - chorros, propulsión, etc.

¡ Más pruebas de que no hay repulsión!

Sin embargo, estoy perplejo por qué las fuerzas de la gravedad hacen que los objetos sean redondos, eventualmente o con el tiempo. ¿Por qué no puede convertir un planeta en un cubo, por ejemplo? ¿Por qué la gravedad no puede hacer que los objetos sean planos y quizás redondos en el perímetro?

Porque estas son configuraciones inestables. Incluso si pudieran formarse a partir de procesos naturales (lo que es poco probable, como explicaré), las fuerzas y tensiones resultantes (para objetos grandes) serían demasiado grandes para evitar el colapso en una forma más estable.

Ahora los objetos más pequeños pueden formar formas menos redondeadas: los asteroides pequeños pueden tener todo tipo de formas. Solo su masa relativamente pequeña (y, por lo tanto, su pequeña gravedad) les permite resistir la compresión en formas redondas "más agradables".

Pero los objetos más grandes tienen mucha gravedad simplemente porque tienen mucha masa. Los materiales de los que están hechos no resistirán las fuerzas de compresión sobre ellos y formarán formas más o menos redondas, porque esa es la configuración más resistente.

Entonces, ¿por qué más o menos esférica?

Debido a que estos objetos más grandes tienden a formarse de una manera que acumula material por igual en toda la superficie, existe cierta tendencia a ser esféricamente simétricos solo por la forma en que el material se acumula a medida que crece.

Sin embargo, una vez que se vuelven realmente grandes (planetas, lunas más grandes, etc.), las fuerzas sobre los materiales serán tan grandes que, por regla general, se comportarán un poco como fluidos. Y los fluidos terminarán en esa agradable forma esférica ya que carecen de la rigidez para resistir la compresión. Una vez más, un poco simplista, pero esto se vuelve realmente complicado con bastante rapidez. La clave aquí es dejar de pensar, por ejemplo, en los planetas rocosos como objetos rígidos. Tal vez en una escala de tiempo de segundos lo sean, pero en escalas de tiempo astronómicas no son tan rígidos.

Entonces, para objetos más grandes, más o menos esféricos es inevitable simplemente porque son grandes.

Si puedo responder a esta pregunta, estoy seguro de que puedo encontrar una manera de "doblar" Gravity para mi invento.

Aquí no se ve antigravedad.

Realmente, aprende los conceptos básicos de la física si estás interesado y con suerte encontrarás que no solo es interesante, sino que puede explicar cosas sin la necesidad de inventar otras explicaciones. Normalmente. :-)

Entiendo que la gravedad es la "fuerza" más fuerte y consistente del universo.

Como se señaló en otras respuestas, usted entiende incorrectamente. La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales. La gravitación es una fuerza tan minúscula a nivel atómico que es difícil distinguir si la gravitación actúa como se predijo sobre la antimateria (teóricamente, lo mismo que actúa sobre la materia).

La gravitación emerge como una fuerza poderosa a nivel de estrellas y planetas porque las dos fuerzas fundamentales más fuertes, las interacciones fuerte y débil, son de muy corto alcance, y porque la fuerza electromagnética está limitada por el hecho de que los objetos a escala macro tienden a ser eléctricamente neutros. . La gravitación sigue en juego porque tiene una extensión infinita y porque la masa, al menos teóricamente, nunca es negativa.

Esto, por cierto, va en contra de tu premisa de crear antigravedad. Por lo que sabemos, todos los objetos (incluida la antimateria) tienen una masa positiva y, por lo tanto, no existe la antigravedad.

¿Por qué la gravedad hace que todo sea redondo?

La gravedad no hace que todo sea redondo. Los objetos pequeños tienden a tener una forma fractal. Los objetos un poco más grandes, donde la gravitación juega algún papel, tienden a verse como papas deformes. Solo con objetos lo suficientemente grandes, donde la gravitación juega un papel dominante, las cosas comienzan a aparecer redondas.

Un objeto debe tener unos cientos de kilómetros de diámetro antes de que la autogravitación pueda superar la capacidad electromagnética de pequeños grupos de materia para mantener cualquier forma no esférica que tengan. El tamaño en el que la gravedad comienza a hacer que las cosas se vuelvan "redondeadas" se llama radio de papa.

El radio de la patata depende de la composición de un objeto. La roca tiene un límite elástico mucho mayor que el hielo. Los objetos helados que se formaron en el sistema solar exterior tienden a ser "redondeados" cuando su diámetro supera los 400 kilómetros, pero tienen forma de patata cuando tienen menos de este tamaño. Para objetos pétreos, el tamaño relevante entre patata grumosa y más o menos redondeada es aproximadamente el doble que el de un objeto helado.

¿Por qué no puede convertir un planeta en un cubo, por ejemplo?

Porque la energía potencial debida a la autogravitación (y debida a la rotación en el caso de un objeto giratorio) en la superficie de un cubo no es uniforme. Esta distribución de energía no uniforme significa que el objeto tiene un exceso de energía. Este exceso de energía es minúsculo para un cubo del tamaño de un dado, pero enorme para un cubo del tamaño de un planeta.

Los mantos de los planetas terrestres son más o menos sólidos. (Es muy erróneo pensar que el manto de la Tierra está fundido. No lo está). Ese "más o menos" es importante. Una mejor descripción es que los mantos de los planetas terrestres son elastoplásticos, o quizás incluso viscoelastoplásticos. Se deforman elásticamente en respuesta a tensiones y deformaciones a corto plazo, plásticamente en respuesta a tensiones y deformaciones a más largo plazo, e incluso pueden fluir durante períodos de tiempo aún más prolongados. Esto significa que un cubo del tamaño de un planeta eventualmente se deformará en algo cercano a la forma esferoide achatada o esférica favorecida entrópicamente.

La gravitación y las interacciones no conservativas pueden dar forma a objetos muy grandes y muy difusos en una forma marcadamente no esférica. Una nube de gas interestelar, por ejemplo, eventualmente colapsa en un objeto en forma de disco con una protoestrella masiva en el centro. Dadas las condiciones adecuadas, una nube de gas interestelar colapsa inicialmente hacia una forma esférica, pero se torna una vez que se concentra suficiente material en el centro de la nube. Aquí el volumen no es nada parecido a una cantidad conservada. Sin embargo, el momento angular está cerca de una cantidad conservada. Esto, junto con las colisiones y la gravitación, es lo que hace que tales nubes de gas colapsen en discos circunestelares.

La razón por la que la gravedad crea objetos redondos es porque la ecuación que describe la fuerza de la gravedad es la siguiente.

donde$G$es la constante gravitacional,$m_1$y$m_2$son dos masas puntuales que se atraen gravitacionalmente, y$r$es la distancia entre (el centro de masa de) las dos masas.

Si lo piensa por un minuto, debe quedar muy claro que la gravedad hace que los objetos sean redondos porque la gravedad solo depende de la distancia y no de ningún ángulo u orientación.

Eso significa que si tomo un planeta y le arrojo masa adicional, la gravedad hará que esa masa sea atraída al centro de masa de ese planeta. No hay otra forma en que la gravedad pueda actuar sobre él. Si todo es igualmente atraído hacia el centro, el único objeto posible que puedes formar es una esfera.

Por supuesto, hay objetos como los asteroides que no son redondos, pero eso se debe a que la integridad estructural de las rocas es en realidad más fuerte que la gravedad y la gravedad, mientras intenta hacer que el asteroide sea redondo, simplemente no puede superar la fuerza de las rocas.

Sin embargo, estoy perplejo por qué las fuerzas de la gravedad hacen que los objetos sean redondos, eventualmente o con el tiempo. ¿Por qué no puede convertir un planeta en un cubo, por ejemplo?

Piense en un cubo del tamaño de la Tierra como un planeta con 8 ENORMES montañas en él. De hecho, estas montañas serían tan grandes que la base de las montañas no podría sostener la cima de las montañas. Al colapsar, las montañas fluirían hacia los centros de las caras del cubo. El resultado final sería casi una esfera.

Podría ser más fácil de visualizar si considera un planeta cúbico hecho completamente de agua. Claramente, las cimas de las "montañas de agua" fluirían hacia los "valles".