Domanda:
Perché la Terra non accelera verso di noi?
Aditya Bharadwaj
2019-01-15 14:33:58 UTC
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Secondo la terza legge del moto di Newton che afferma che ogni azione ha una reazione uguale e contraria.

Quindi, se la Terra esercita un'attrazione gravitazionale su di noi (persone), allora anche noi dovremmo esercitare una forza uguale e opposta (in termini di direzione) sulla Terra.

È intuitivo pensare che questa forza sia davvero piccola per far muovere la Terra.Ma, se diamo uno sguardo alla seconda legge del moto che afferma che F = ma vediamo che per quanto piccola sia la forza, ci sarà una certa quantità di accelerazione.Pertanto, anche se esercitiamo una forza gravitazionale molto piccola sulla Terra, dovrebbe essere sufficiente per far muovere la Terra anche se l'accelerazione è minima.

Ma quello che ho detto chiaramente non accade.Quindi ci deve essere qualche difetto nel mio ragionamento.Qual è questo difetto?

Cosa vuoi dire che chiaramente non accade?Se l'accelerazione è eccezionalmente piccola (perché la massa è eccezionalmente grande), forse non te ne accorgi?
@Steeven L'accelerazione è davvero eccezionalmente piccola perché la massa è eccezionalmente grande.In questo caso la forza gravitazionale che esercitiamo sulla Terra è costante, quindi, ci sarà un'accelerazione costante.L'accelerazione è e rimarrà piccola ma la sua velocità sarà lentamenteaccumularsi a causa di un'accelerazione costante.Questo è quello che penso
Vedi anche https://physics.stackexchange.com/questions/3534/dont-heavier-objects-actually-fall-faster-because-they-exert-their-own-gravity
Solo perché non puoi osservare qualcosa che accade non significa che non sia così.
@Mazura Ora capisco che, anche se l'accelerazione è costante, è così piccola che ci vorrebbe un tempo davvero molto lungo prima che la velocità raggiunga una quantità evidente.Prima di ottenere una risposta a questa domanda pensavo che la velocità alla fine sarebbe aumentata a una quantità notevole a causa di un'accelerazione costante ma non sapevo che ci sarebbe voluto molto tempo, ma comunque questo discorso è del tutto inutile perchéaccelerazione quando la forza si annulla.
Non definirei - * cambiare leggermente l'orbita della Terra perché sei saltato e poi atterrato, facendo convertire parte di quell'energia in calore * - una 'forza che si cancella', ma va bene; p
Dici "questa cosa dovrebbe accadere, ma chiaramente non è così".Dovresti uscire da quell'abitudine di scienziato.Meglio: "questa cosa dovrebbe accadere, calcolerò l'effetto atteso e progetterò un esperimento che confermi o neghi l'aspettativa, oppure spiegherò perché un tale esperimento non è fattibile dato il mio budget".
Allora come farai questo calcolo?Inizierai disegnando un diagramma a corpo libero che mostra * tutte * le forze rilevanti: la forza di gravità della terra su di te, la forza di gravità di te sulla terra, la forza normale del terreno contro i tuoi piedi e la normaleforza dei tuoi piedi contro il suolo.Quando si traccia quel diagramma, cosa si prevede dell'accelerazione netta?Ora fai lo stesso processo per qualcuno * che salta *.Come cambiano queste forze nel tempo e qual è l'effetto sulle posizioni di te e della terra?
@EricLippert Da ora cercherò di essere uno scienziato migliore non facendo supposizioni che non siano supportate da prove concrete
_ "o spiega perché un simile esperimento non è fattibile dato il mio budget" _ Ho sentito che i finanziamenti alla scienza vengono tagliati continuamente, ma spero che possiamo ancora permetterci di saltare!
È fantastico.Mentre stai pensando a questo problema: a differenza di te, la luna * è * sospesa sulla terra e, a differenza di te, la luna * ha * abbastanza massa per tirare seriamente su qualcosa della massa della terra.Si osserva che la terra accelera verso la luna?
@AdityaBharadwaj Mi sembra che tu stia confondendo l'accelerazione con l'intensità del campo gravitazionale.In un sistema di riferimento locale fissato al pavimento in cui ti trovi, non stai accelerando (e nemmeno la Terra) anche se c'è una forza gravitazionale su di te (a causa del campo gravitazionale terrestre al tuo centro di massa).La forza di quel campo è di circa 9.8 N / kg, ma NON stai accelerando in quel frame di riferimento.
(continua) C'è anche una forza verso l'alto su di te a causa dell'interazione elettromagnetica delle molecole dei tuoi piedi con le molecole nel pavimento.Definiamo questa forza una forza "normale".e NON è una coppia della terza legge di Newton con il tuo peso.
@EricLippert Ho, con un grado di precisione piuttosto basso, [calcolato lo spostamento previsto della terra durante un jump shot di Michael Jordan] (https://physics.stackexchange.com/a/454689/75716), ma il mio budget è certamenteinsufficiente per misurare questo spostamento.
Sono venuto qui per tutte le risposte "sì".
Otto risposte:
Steeven
2019-01-15 15:14:01 UTC
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L'accelerazione che la tua attrazione gravitazionale provoca sulla Terra è minuscola, minuscola, minuscola perché la massa terrestre è enorme. Se la tua massa è, diciamo, $ 70 \; \ mathrm {kg} $ , allora provocherai un'accelerazione di $ a \ circa 1,1 \ volte 10 ^ {- 22} \; \ mathrm {m / s ^ 2} $ .

Un'accelerazione minuscola, minuscola, minuscola non significa necessariamente una velocità minuscola, minuscola, minuscola, poiché, come hai detto nei commenti, la velocità si accumula. Vero. Non significa necessariamente che, ma in questo caso lo fa. La velocità guadagnata dopo 1 anno con questa accelerazione è solo $ v \ approx 3,6 × 10 ^ {- 15} \; \ mathrm {m / s} $ . E dopo una vita di 100 anni è ancora solo intorno a $ v \ approx 3,6 × 10 ^ {- 13} \; \ mathrm {m / s} $ .

Se tutti i 7,6 miliardi di persone del pianeta si staccassero improvvisamente dalla Terra e rimanessero sospesi in aria sullo stesso lato del pianeta per 100 anni, il pianeta non raggiungerebbe più di $ v \ circa 2,8 \ volte 10 ^ {- 3} \; \ mathrm {m / s} $ ; ovvero circa 3 millimetri al secondo in questo oscuro scenario di 100 anni e miliardi di masse di persone.


Ora, con tutto ciò che è stato detto, nota che dovevo presumere che tutte quelle persone non stessero solo per terra, ma devono essere levitating da terra.

Perché, mentre levitano (cioè durante la caduta libera), esercitano solo la forza gravitazionale $ F_g $ :

$$ \ sum F = ma \ quad \ Leftrightarrow \ quad F_g = ma $$

e c'è un'accelerazione netta secondo la seconda legge di Newton. Ma quando stanno a terra, esercitano anche una forza di spinta verso il basso pari al loro peso $ w $ :

$$ \ sum F = ma \ quad \ Leftrightarrow \ quad F_g-w = ma $$

Ora ci sono due forze sulla Terra che spingono in direzioni opposte. E in effetti, il peso è esattamente uguale alla forza gravitazionale (perché quei due sono la coppia azione-reazione della terza legge di Newton), quindi la forza di pressione sulla Terra annulla l'attrazione gravitazionale. Quindi la formula sopra dà accelerazione zero. Le forze si annullano e nulla accelera ulteriormente.

In generale, qualsiasi sistema non può mai accelerare esclusivamente per le proprie forze interne. Se consideriamo la Terra e le persone come un unico sistema, le loro forze gravitazionali l'una sull'altra sono interne. Ogni parte del sistema può muoversi individualmente: la Terra può muoversi verso le persone e le persone in caduta libera possono muoversi verso la Terra. Ma il sistema nel suo insieme - definito dal centre-of-mass del sistema - non si muoverà da nessuna parte.

Quindi, la Terra può spostarsi un minuscolo, minuscolo, minuscolo bit verso di te mentre ti sposti di una distanza molto maggiore verso la Terra durante la tua caduta libera, quindi il centro di massa combinato è ancora fermo. Ma quando sei a terra, niente può muoversi perché ciò richiederebbe che tu sfondassi il terreno e ti muovi verso l'interno nella Terra. Se la Terra si muovesse ma tu no, il centro di massa si sposterebbe (accelerando) e questo è semplicemente impossibile. Il sistema guadagnerebbe energia cinetica senza alcun input di energia esterna; creare energia libera dal nulla è semplicemente impossibile. Quindi questo non accade mai.

Va bene, quindi se mi trovo sulla superficie terrestre, vengo schiacciato sulla superficie terrestre ed esercito una forza di spinta sulla superficie terrestre che annulla la forza gravitazionale di trazione che esercito sulla Terra.Se in qualche modo riesco a levitare, la velocità impiegherà davvero molto tempo per accumularsi perché ce ne accorgiamo.
@AdityaBharadwaj Esattamente.
@Aditya nota anche che, a meno che tu non sia al polo nord o sud, se stavi levitando su un punto costante del terreno, l'accelerazione che causeresti sulla Terra ruoterebbe una volta al giorno, e la maggior parte deli contributi si annullerebbero, poiché la velocità accumulata durante il giorno sarebbe opposta a quella accumulata durante la notte.Solo la componente Nord-Sud, proporzionale al seno della tua latitudine, sopravviverebbe.
Me lo ricorda su https://what-if.xkcd.com/8/
Solo una sveltina: 2,8 x 10e-3m / s non sono circa 30 millimetri / secondo?
Oh sì, la matematica è difficile
-1
@Holger Questo è uno dei più deprimenti.(D: E se aggiungessimo più persone? A: Non va bene.)
@J ... Correlati: Anche un uccello o un'ape (o un elicottero) che si libra sulla superficie non esercita molta forza netta sulla superficie perché spinge l'aria verso il basso, il che porta a una pressione più elevata sull'area che non del tutto accidentalmente più o menoannulla l'attrazione gravitazionale.
Mi piacerebbe questa risposta migliore se le parti sopra e sotto la linea fossero scambiate.
@PeterA.Schneider molto vero, mentre si libra equivale a stare in piedi su di esso;è divertente pensare che quando guadagnava quota stava spingendo via la terra nello stesso modo in cui avrebbe fatto una spinta iniziale da un salto, e mentre procede per un atterraggio accelererà la terra verso se stessa.Il volo / hovering ritarda solo gli effetti :)
@J ... Non c'era una catena di posta elettronica sui pericoli della Cina che faceva saltare tutti i suoi cittadini contemporaneamente, provocando terremoti in tutto il mondo?Non importa.Il collegamento xckd sopra lo copre.
": Ora ci sono due forze sulla Terra, che spingono in direzioni opposte. E in effetti, quella forza chiamata peso è esattamente uguale alla forza gravitazionale (perché queste due sono la coppia azione-reazione della terza legge di Newton)."No, le coppie azione-reazione agiscono su corpi diversi.La forza gravitazionale della terra su una persona e la forza gravitazionale della persona sulla terra è una coppia actina-reazione.Il terreno che spinge su una persona e la persona che spinge verso il basso sono una coppia.
@PeterA.Schneider Ma se ne usassimo ANCORA DI PIÙ ?!https://what-if.xkcd.com/4/
Nota che mentre la * velocità * impartita dalla popolazione in levitazione è banale, la * distanza * non lo è: cento anni è un tempo lungo, e se non ho sbagliato i conti, la Terra si muoverà di quasi 4000 km.
@Schwern Questa è l'apocalisse della depressione!
Avevo postato fondamentalmente la stessa cosa che ha detto @Acccumulation e ho pensato che non avesse senso ripeterlo, ma è vero, questa risposta è leggermente sbagliata sulla natura delle coppie azione-reazione.
@Acccumulation e DavidZ, grazie per i commenti.Hai certamente ragione;Non ero chiaro in quella formulazione.Ho apportato una leggera modifica per non far sembrare che la forza di pressione sulla Terra sia una parte della coppia azione / reazione, ma piuttosto che è * uguale * al peso, che è una parte dell'azione / reazionepaio.
Alexandre Aubrey
2019-01-15 20:56:08 UTC
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Risposta breve, sì. È semplicemente troppo piccolo per te da notare. Allora, perché non è evidente?

La terra non si visibilmente spostata verso di te nonostante la tua attrazione gravitazionale perché ti stai appoggiando su di essa, allo stesso modo in cui non ti muovi verso il centro della terra se hai una base stabile sulla sua superficie.

Se non ci stai sopra (ad es. paracadutismo o in orbita), la terra inizia a muoversi verso di te (o, se salti, muoviti nella direzione opposta del tuo corpo). Ma poiché l'accelerazione terrestre impartita da te è molto piccola, sebbene calcolabile, è fondamentalmente incommensurabile. Come calcolato da @Steeven, una persona di 70 kg impartirebbe un'accelerazione di $ a \ approx 1.1 \ times 10 ^ {- 22} \; \ mathrm {m / s ^ 2} $ span> che non è evidente con la nostra percezione umana.

In aggiunta ai livelli di accelerazione molto piccoli, un altro motivo per cui non noti il ​​movimento della terra è che molte, molte cose accadono sulla terra. È ottimistico / irrealistico modellare la terra come un corpo perfettamente rigido, ma facciamolo per il bene di questo esempio: ci sono così tante cose che accadono intorno alla terra, ognuna delle quali impartisce una piccola accelerazione su tutto il corpo (gru che sollevano cose, mine scavato con esplosivi, frane e valanghe, terremoti ecc.) che anche se potessimo misurare la piccolissima accelerazione che esercitate sulla terra sarebbe quasi impossibile isolare l'impatto che voi avete da tutti rumore creato da tutto il resto .

e se tutti sulla terra si accumulassero in qualche modo su una regione della superficie terrestre e saltassero insieme. Durante il loro salto, la forza netta di tutte le persone sarebbe sufficiente a causare una notevole accelerazione della Terra?
@AdityaBharadwaj c'è un video di Vsauce su youtube che risponde alla domanda!https://www.youtube.com/watch?v=jHbyQ_AQP8c se non conosci il canale ti incoraggio a verificarlo.
@AdityaBharadwaj ci sono 7,53 miliardi di persone sulla terra, con una massa media di ~ 65,5 kg, il che significa che la massa totale di tutti gli esseri umani è 4,93x10 ^ 11 kg.La massa terrestre è 5,97x10 ^ 24, diversi ordini di grandezza superiori a noi.Se assumiamo che tutti saltino di 40 cm verso l'alto nello stesso momento, la terra si sposterebbe di 3,3x10 ^ -14 m.Mentre cadiamo, anche la terra si muoverebbe verso di noi e lo spostamento totale (dopo tutto ciò) sarà 0. Ma sì, la terra si muoverebbe un po ', ma non una quantità significativa a causa di quanto la terra sia più pesante digli esseri umani.
@AdityaBharadwaj C'è anche un XKCD: https://what-if.xkcd.com/8/ Risposta breve: quasi tutti muoiono di fame.
Xosmos
2019-01-15 23:04:16 UTC
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Dalla terza legge di Newton, sappiamo una cosa: ogni azione ha una reazione uguale e contraria. Ciò significa che la forza che agiamo sulla terra è uguale alla forza che la terra agisce su di noi.

Questo significa $$ f = ma \ rlap {~~~~ \ left (\ text {by person} \ right)} $$

La massa media di una persona è $ 70 \, \ mathrm {kg} $ e l'accelerazione dovuta alla gravità è quasi $ 10 \, \ mathrm {m} / \ mathrm {s} ^ 2. $

Quindi la forza che applichiamo sulla Terra è quasi $ 700 \, \ mathrm {N}. $

Adesso $$ F = MA \ rlap {~~~~ \ left (\ text {by Earth} \ right)} $$ La massa approssimativa della Terra è $ 6 \ times {10} ^ {24} \, \ mathrm {kg}, $ ma la forza rimane $ 700 \, \ mathrm {N}. $

Ora $ A = F / M $ $$ A = \ frac {700} {6 \ volte {10} ^ {24}} ~~ \ Rightarrow ~~ \ sim 116 \ times {10} ^ {- 24} \, \ frac {\ mathrm {m}} {\ mathrm {s} ^ 2} \,. $$

L'accelerazione applicata da una persona è così minuscola che non è necessario considerarla.

L'accelerazione della Terra è in potenze negative di $ 24. $ Quindi abbiamo bisogno di più di miliardi di persone per accelerare la Terra verso l'alto.

phoog
2019-01-17 00:28:52 UTC
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Perché la Terra non accelera verso di noi?

Sì, ma come notato altrove l'accelerazione è trascurabile.

Considera una persona di 98 chilogrammi che salta abbastanza in alto da rimanere in aria per un secondo ( Michael Jordan, ad esempio). Con un'accelerazione di $ 9,8 \; \ mathrm {m / s ^ 2} $ , corrisponde all'altezza di $ 1,225 \; \ mathrm {m} $ , coerente con i rapporti secondo cui Michael Jordan ha avuto un salto verticale di quattro piedi (quattro piedi è $ 121,92 \; \ mathrm {cm} $ ).

Moltiplica lo spostamento del ponticello per il rapporto delle masse per ottenere lo spostamento della terra (ovviamente, questa è un'approssimazione: più precisamente, lo spostamento totale è la somma di due quantità inversamente proporzionali alle masse, ma poiché le masse sono così diverse in grandezza che l'approssimazione produce lo stesso risultato):

$$ 1.2 \; \ mathrm {m} \ times {\ frac {9.8 \ times 10 ^ 1 \; \ mathrm {kg}} {6.0 \ times 10 ^ {24 } \; \ mathrm {kg}}} \ approx2.0 \ times10 ^ {- 23} \; \ mathrm {m} $$

Al contrario, il raggio di carica di un protone sembra essere almeno $ 8,4 \ times10 ^ {- 16} \; \ mathrm {m} $ , il che significa che lo spostamento della terra durante un tiro in sospensione di Michael Jordan è inferiore a un 42 milionesimo del raggio di carica di un protone.

dexaler
2019-01-17 21:46:45 UTC
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Andrò controcorrente e farò il difensore del diavolo poiché non ho visto questo menzionato in nessuna delle risposte che ho letto. Se la Terra si sta muovendo verso di noi secondo la legge, significa che si sta muovendo verso tutte le persone, gli animali e qualsiasi cosa con massa. Poiché si tratta di una sfera, i calcoli devono includere l'annullamento della trazione in direzione x dalla stessa trazione lineare dal contrario di un oggetto di massa simile sull'altro lato della Terra. Ciò significherebbe quindi che la Terra si sta espandendo a una velocità coerente con l'attrazione gravitazionale degli oggetti con massa in ogni direzione per tutto il tempo. Quindi, la Terra non si sta muovendo verso "noi" perché "noi" è stato usato come una singolarità (io) piuttosto che noi come inclusivo per tutti gli oggetti che esercitano o assorbono forza. Per non parlare del fatto che la Terra ruota anche come una sfera con un oggetto che ha dimostrato di esercitare forza gravitazionale, cioè la luna e il suo effetto sulle maree, che ci allontanerebbe dalla Terra sul lato della Terra più vicino a la luna. Espandere questa idea sarebbero forze cosmiche che esercitano un effetto di annullamento da parte di altri corpi astrali, ad esempio il Sole.

Mozibur Ullah
2019-01-17 00:33:31 UTC
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Perché la Terra non accelera verso di noi?

Accelera verso di noi, poiché accelera anche verso la luna.Il difetto nel tuo ragionamento in primo luogo è che siamo in piedi sulla terra in modo che l'accelerazione venga annullata;e nel secondo, la terra e la luna ruotano l'una intorno all'altra, il che sebbene sia una forma di accelerazione, non è diretto linearmente e quindi non assomiglia alla solita nozione quotidiana di cosa significhi accelerare.

Ed999
2019-02-02 20:20:54 UTC
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Dessuna delle risposte pubblicate tiene conto dell'inerzia del pianeta?

Certamente NON sto per essere il primo poster a dire che la Terra accelera verso di noi. Perché molti dei poster precedenti hanno detto esattamente questo, menzionando che in pratica l'effetto sarebbe troppo piccolo per essere notato o misurato.

Mi mi lamenterò della risposta secondo cui la Luna può accelerare verso la Terra, perché è abbastanza noto che la Luna è in orbita e come effetti di trascinamento dei fotogrammi causati dalla il campo gravitazionale accelera qualsiasi oggetto in orbita, quell'effetto fa sì che la Luna si allontani via dalla Terra a una velocità in continua accelerazione, che ho un ricordo fin dall'infanzia di essere una velocità di circa un pollice per secolo (o equivalente metrico).

Se fosse in un'orbita retrograda , sarebbe almeno in grado di diminuire la sua distanza dalla Terra nel tempo, poiché allora l'effetto di trascinamento dei fotogrammi sarebbe decelerante esso, invece di accelerarlo.

La mia risposta effettiva è più concreta - :)

Poiché la Terra ha una grande massa e poiché una proprietà della massa abbastanza ben consolidata è l'inerzia, sono disposto a fare a metà strada e dire che la Terra non accelera verso noi: perché non si muove affatto. Se eseguo l'esperimento di salto (con una massa di 180 libbre x 1), o anche se porto tutti gli uomini in Cina a (180 libbre x 1 miliardo), la Terra è tenuta in posizione nello spaziotempo dall'inerzia associata al suo massa.

È approssimativamente equivalente a lanciare una pallina da tennis contro un treno merci in avvicinamento e aspettarsi di farlo deragliare, o di fermare o ritardare il treno, anche temporaneamente: matematicamente, si potrebbe fare un calcolo che dimostri che c'è un effetto calcolabile (come alcuni qui hanno fatto); ma tali calcoli tendono a ignorare la componente inerziale (abbastanza grande, per un corpo di massa planetaria).

Se avessi una frazione significativa della massa della Luna e poi saltassi, potrei ragionevolmente aspettarmi che si verifichi un effetto misurabile. Ma la Terra è abbastanza massiccia perché la sua posizione rimanga inalterata al di sotto di un limite determinato dalle leggi di Keplero sul moto planetario.

Ancora una volta, ho un ricordo della conservazione della quantità di moto newtoniana, ma che sospetto non si applicherà a un sistema chiuso: io e la Terra.

Ma in relazione a la Terra accelera verso la Luna , beh la risposta è ! Beh, almeno in parte lo fa. Si chiama marea e in qualsiasi punto dell'equatore terrestre che ha il mare aperto, sperimenterai l'alta marea una volta al giorno quando la Luna è più o meno in alto.

Ciò è dovuto all'inerzia planetaria! Se la Terra non avesse una componente inerziale alla sua massa, quando l'acqua di marea si è spostata di 4 piedi più vicino alla Luna a mezzogiorno locale, lo sarebbe anche la Terra: in tal caso non notereste un si sono spostati di un importo equivalente.

Il fatto che tu noti che la marea si alza e si abbassa ogni giorno è una prova dell'esistenza dell'inerzia (ce l'ha la Terra, quindi ce l'ha la spiaggia), ma il mare ne ha molto meno.

MarcoCiafa
2020-02-16 12:52:19 UTC
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Prima di tutto, mi scuso per il mio livello di inglese. Se è troppo incomprensibile, eliminalo.

Dato che ha chiesto perché non siamo riusciti a osservare i suoi risultati, ho capito che pensava che il suo modello fosse realistico.

Da un lato, modellare la terra come un corpo rigido con una persona che ci salta sopra è impreciso. Dovremmo tenere conto di molte altre cose. Quindi, l'accelerazione di ciò che vorresti chiamare strettamente terra (non il sistema terra + esseri umani + animali + fenomeni naturali) che dovresti calcolare sarebbe, mediata in un periodo di tempo, uguale a 0 (penso che la massa ( esseri umani, animali, aria, ecc.) sopra la superficie terrestre è distribuito in modo omogeneo).

Penso che risponderebbe alla tua domanda.

D'altra parte, il centro di massa del sistema avrà un'accelerazione dovuta a forze esterne (forze gravitazionali esercitate dal Sole, dalla Luna e da altri pianeti). Le forze interne come l'interazione gravitazionale tra l'uomo e la terra non cambierebbero il centro di massa del sistema. E, poiché la terra è considerevolmente più massiccia di noi e non possiamo essere troppo lontani dalla superficie, il centro di massa del sistema sarebbe lo stesso del centro di massa della terra. (Questo è equivalente al piccolo argomento acerleration).



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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