Domanda:
Perché la Luna non cade sulla Terra?
Adir Peretz
2011-04-24 10:29:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Perché la Luna non cade sulla Terra? Del resto, perché nulla che ruota un corpo più grande non cade mai sul corpo più grande?

** sta ** cadendo. Ecco perché si muove.
http://physics.stackexchange.com/q/5905/
@belisarius: la caduta non è la ragione per cui si muove. Ma è la ragione per cui continua a girare ...
Non so perché, ma come è più facile da spiegare. Condizioni iniziali ! una componente perpendicolare sull'asse x che unisce i centri della terra e della luna. Altrimenti, non avremmo questa conversazione.
[_Questo non sta volando, sta cadendo con stile! _] (Http://www.imdb.com/title/tt0114709)
Qual è la spiegazione curva spazio-tempo / relatività generale per questo?
@HammanSamuel In GR, la Luna non viene affatto accelerata.Va solo in "linea retta".D'altra parte, non stai cadendo attraverso la Terra perché sei accelerato - non ti stai muovendo "in linea retta".Non è qualcosa di molto facile da capire, temo - richiede l'accettazione che lo spaziotempo non è solo un mix di spazio e tempo;è lo spaziotempo nel suo insieme che viene curvo, e la curvatura significa che anche il percorso "diretto" tra due punti è curvo (molto più della curvatura dello spazio da sola, se si cerca di separarlo).
Una volta superata la fisica di base delle orbite (vista da una prospettiva newtoniana o relativistica generale), la luna si sta effettivamente allontanando dalla Terra.Il rigonfiamento della marea nella Terra, causato dalla gravità della luna, sta rallentando la rotazione della Terra (a causa dell'attrito).Questo rigonfiamento è leggermente più avanti dell'orbita lunare e trasferisce energia all '"energia orbitale" della luna.C'è un buon articolo che spiega questo qui http://www.bbc.com/news/science-environment-12311119.
Mi rendo pienamente conto dell'attrazione nella nozione semplicistica, proposta da Newton, che un corpo in orbita sta cadendo.È un'idea superficialmente plausibile e piacevolmente semplice.Ma la verità è molto diversa e non implica una caduta.Un corpo in orbita deve possedere sufficiente _momentum_ (leggi: _velocity_) e sufficiente movimento / direzione verso l'esterno (leggi: _angular_ momentum), per _prevenire_ la caduta.La sua direzione di movimento è sempre _away_ dalla massa centrale, in modo tale che se la gravità venisse a mancare (es. Il pianeta è esploso!) Lo slancio del satellite lo porterebbe _away_ (mai _down_).
Nove risposte:
#1
+112
Mark Eichenlaub
2011-04-24 11:48:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La luna non cade sulla Terra perché è in un orbita.

Una delle cose più difficili da imparare sulla fisica è il concetto di forza. Solo perché c'è una forza su qualcosa non significa che si muoverà nella direzione della forza. Invece, la forza influenza il movimento in modo che sia un po 'più nella direzione della forza rispetto a prima.

Ad esempio, se fai rotolare una palla da bowling lungo una corsia, poi corri accanto ad essa e calcialo verso la grondaia, applichi una forza verso la grondaia, ma la palla non va dritta nella grondaia. Invece continua a scendere lungo la corsia, ma rileva anche un po 'di movimento diagonale.

Immagina di trovarti sul bordo di una scogliera alta 100 metri. Se lasci cadere un sasso, cadrà direttamente in basso perché non aveva velocità all'inizio, quindi l'unica velocità che raccoglie è verso il basso dalla forza verso il basso.

Se lanci il sasso orizzontalmente, cadrà comunque, ma continuerà a spostarsi orizzontalmente mentre lo fa e cade ad angolo. (L'angolo non è costante - la forma è una curva chiamata parabola, ma qui è relativamente poco importante.) La forza è diretta verso il basso, ma quella forza non impedisce alla roccia di muoversi orizzontalmente.

Se lanci la roccia più forte, va oltre e cade con un'angolazione minore. La forza della gravità su di essa è la stessa, ma la velocità originale era molto più grande e quindi la deflessione è minore.

Ora immagina di lanciare la roccia così forte da percorrere un chilometro in orizzontale prima di toccare il suolo. Se lo fai, succede qualcosa di leggermente nuovo. La roccia continua a cadere, ma deve cadere per più di 100 m prima di toccare il suolo. Il motivo è che la Terra è curva, e così mentre la roccia percorreva quel chilometro, la Terra si stava effettivamente curvando al di sotto di essa. In un chilometro, risulta che la Terra si curva di circa 10 centimetri: una piccola differenza, ma reale.

Mentre lanci la roccia ancora più forte di così, la curvatura della Terra sottostante diventa più significativa. Se potessi lanciare la roccia per 10 chilometri, la Terra si piegherebbe ora di 10 metri e per 100 km la terra si piegherebbe di un intero chilometro. Ora la pietra deve cadere molto più in basso rispetto alla scogliera di 100 m da cui è caduta.

Guarda il disegno seguente. È stato realizzato da Isaac Newton, la prima persona a comprendere le orbite. IMHO è uno dei più grandi diagrammi mai realizzati.

enter image description here

Quello che mostra è che se si potesse lanciare la roccia abbastanza forte, la Terra si curverebbe allontanandosi da sotto il roccia così tanto che la roccia in realtà non si avvicina mai al suolo. Fa tutto il giro nel cerchio e potrebbe colpirti alla nuca!

Questa è un'orbita. È quello che stanno facendo i satelliti e la luna. In realtà non possiamo farlo qui vicino alla superficie della Terra a causa della resistenza al vento, ma sulla superficie della luna, dove non c'è atmosfera, potresti davvero avere un'orbita molto bassa.

Questo è il meccanismo con cui le cose "stanno in piedi" nello spazio.

La gravità si indebolisce man mano che ti allontani. La gravità terrestre è molto più debole sulla luna che su un satellite in orbita terrestre bassa. Poiché la gravità è molto più debole sulla luna, la luna orbita molto più lentamente rispetto alla Stazione Spaziale Internazionale, per esempio. La luna impiega un mese per girare. L'ISS impiega alcune ore. Una conseguenza interessante è che se esci nella giusta quantità in mezzo, circa sei raggi terrestri, raggiungi un punto in cui la gravità è sufficientemente indebolita che un'orbita attorno alla Terra impiega 24 ore. Lì potresti avere una "orbita geosincrona", un satellite che orbita in modo da rimanere sopra lo stesso punto dell'equatore terrestre mentre la Terra gira.

Anche se la gravità si indebolisce man mano che ti allontani, non esiste una distanza limite. In teoria, la gravità si estende per sempre. Tuttavia, se andassi verso il sole, alla fine la gravità del sole sarebbe più forte di quella terrestre, e quindi non torneresti più sulla Terra, anche se non avessi la velocità per orbitare. Ciò accadrebbe se andassi a circa lo 0,1% della distanza dal sole, o circa 250.000 km, o 40 raggi terrestri. (In realtà è inferiore alla distanza dalla luna, ma la luna non cade nel Sole perché orbita attorno al sole, proprio come la Terra stessa.)

Quindi la luna "cade" verso La Terra a causa della gravità, ma non si avvicina affatto alla Terra perché il suo movimento è un'orbita e le dinamiche dell'orbita sono determinate dalla forza di gravità a quella distanza e dalle leggi del moto di Newton.

nota: adattato da una risposta che ho scritto a una domanda simile su quora

La prima frase si contraddice in quanto il moto orbitale è uno stato di caduta libera verso il centro di attrazione. Poi, nel paragrafo finale, la prima frase contraddice la primissima frase. Un principiante avrebbe difficoltà con questa logica.
No, non si contraddice. "Caduta sulla Terra" significa, per qualsiasi lettore consapevole, lo stesso di "schiantarsi sulla Terra" in quella frase. Inoltre, questa frase imita il linguaggio della domanda. Parole come "caduta" possono significare cose diverse in contesti. La maggior parte delle persone è in grado di capirlo.
È davvero contraddittorio. "Cadere sulla Terra" e "schiantarsi sulla Terra" sono due cose completamente diverse. Una palla può cadere senza schiantarsi sulla Terra, ma non può schiantarsi sulla Terra senza prima cadere. Le parole, specialmente in fisica, devono essere il più univoche possibile. E a proposito, sono abbastanza consapevole grazie.
In effetti, la risposta più illuminante.Questo mi fa sorgere un'altra domanda, perché la luna (o un altro grande corpo) non ha perso la velocità necessaria per essere in orbita (a parte le forze di resistenza).O lei, la luna ha perso velocità?
@sabotero, perché la luna perderebbe velocità?Non c'è attrito d'aria per rallentarlo.
@Joe, beh, non lo so, non è vero?Ci sono altre forze come la gravità terrestre.Stavo cercando una spiegazione del motivo per cui in realtà non ha perso velocità, è accelerata ad ogni giro intorno alla terra?
Se la terra fosse improvvisamente scomparsa, la luna continuerebbe in linea retta.La gravità terrestre trascina il percorso rettilineo della luna in un arco curvo.
@sabotero Nella fisica newtoniana, la gravità terrestre è esattamente ciò che mantiene la Luna in orbita: questo è ciò che curva il suo percorso.Le forze di marea rallentano la Luna, ma allo stesso tempo si muove su un'orbita più ampia, quindi rimane su un'orbita circolare.In effetti, è così che la rotazione della Luna è stata sincronizzata con quella della Terra in primo luogo (ecco perché puoi vedere solo il lato vicino della Luna, dare o prendere il 5% della superficie).Alla fine, questo farebbe sì che la Terra si blocchi anche alla rotazione della Luna se potessimo ignorare alcune cose che rovinano tutto.
La risposta contiene un difetto (_non_ nella logica presa in prestito da Newton!), In quel paragrafo 4 si parla di "far cadere" la roccia.Ma questa diventa successivamente una (misteriosa) "forza discendente".Se la roccia è _hurled_ verso il basso, posso vedere una forza;ma non se viene semplicemente lasciato cadere.La roccia, logicamente, segue semplicemente il percorso di minor resistenza (quando viene rilasciata).La gravità potrebbe somigliare superficialmente a una forza, ma in realtà non viene applicata alcuna forza nel senso usuale.Solo una riduzione (a livello quantistico) della resistenza del mezzo in una direzione specifica, causata dalla presenza di massa.
Newton ha teorizzato che un oggetto in movimento (ad esempio una particella) continuerà quel movimento a meno che non venga influenzato da una forza, nota come "conservazione della quantità di moto".Quella teoria, tuttavia, era in conflitto con la sua teoria della gravitazione, in cui una particella accelera in un campo gravitazionale senza alcuna applicazione di forza (se per forza lo intendiamo come un'iniezione di energia).È la risposta del mezzo a quel momento che cambia.
Einstein ha respinto la teoria di Newton in quanto troppo semplicistica, e dovremmo stare attenti a rifiutare la più profonda intuizione di Einstein sui principi della gravitazione.
La quantità di moto cessa di essere una questione semplicistica di massa moltiplicata per la velocità, perché, in un campo gravitazionale, la velocità è un fattore variabile, dipendente dalla posizione della particella all'interno del campo.È solo la massa che è genuinamente invariante.La risposta del campo varia con la distanza dal centro della massa che lo genera e con il movimento angolare della particella.Il momento è un fattore variabile, che varia con la velocità, che a sua volta varia con la condizione (la "risposta") del campo.
#2
+26
user1355
2011-04-24 10:52:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La luna cade continuamente verso la terra ma manca sempre! Lo stesso con altri pianeti.

In generale, in un campo di forza centrale quadrato inverso si può calcolare la traiettoria di una particella e verificare che la traiettoria sia una parabola o un'ellisse o un'iperbole (sezioni coniche) la posizione iniziale e la quantità di moto iniziale della particella. Per un sistema a due corpi con determinate condizioni iniziali, è un'orbita ellittica stabile. Nel caso del sole e della terra si tratta di un'ellisse (ignorando la gravitazione di altri oggetti e ignorando anche la precisione relativistica dell'orbita).

Questa pagina ha un bel video.

Quindi Douglas Adams aveva sempre ragione.Per volare, devi solo cadere ... e perdere terra.
#3
+9
Vintage
2011-04-26 01:52:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La verità è che la luna STA costantemente cercando di cadere sulla terra, a causa della forza di gravità; ma è costantemente assente, a causa della sua velocità tangenziale.

Per capirlo, pensa a far roteare una roccia, legata all'estremità di una corda, intorno e intorno, con la mano appena sopra la testa. Mentre la roccia viaggia in tondo, viene costantemente tirata verso di te dalla forza sulla corda (che è come la forza di gravità della Terra sulla luna). Perché la roccia non ti colpisce in testa, se la tiri costantemente verso la tua testa? La risposta è che la roccia cerca sempre di cambiare il suo vettore di velocità per fare proprio questo; ma il cambiamento è sufficiente solo per mantenerlo in un percorso circolare, come l'attrazione sulla Luna è appena sufficiente per mantenerlo in un'orbita circolare attorno alla Terra.

@ysap Intendi molto vicino a 0.
@J.G.- hai ragione.
#4
+8
Uri
2011-04-24 17:05:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Un altro modo di vederlo: nel quadro di riferimento della Terra, la luna ha momento angolare. Il momento angolare viene preservato se non viene applicata alcuna coppia ($ \ tau = dL / dt $).

Le forze di gravità tra la terra e la luna sono nella direzione del centro di massa, quindi non producono coppia ($ \ tau = mv \ times R $), quindi il momento angolare ($ L $) non può cambiare.

La gravità è perpendicolare alla velocità della luna, quindi cambia la direzione e non l'ampiezza del velocità stessa. $ L = mv \ times R $ e se $ L $, $ m $ e $ v $ sono costanti, anche $ R $ deve rimanere costante, quindi il raggio non cambia.

Sono d'accordo, ma c'è un gioco di prestigio nella frase "la gravità è perpendicolare alla velocità della luna", che a sua volta assume essenzialmente un'orbita circolare.
Il momento angolare attorno al centro di massa deve essere conservato ed è il momento angolare originale che la creazione del sistema solare ha dato al sistema terrestre lunare, le orbite dovrebbero essere stabili, tranne se la marea trasferisce il momento angolare alla luna la luna è lentamentesfuggente.
https://en.wikipedia.org/wiki/Moon#Tidal_effects: questo "drena" il momento angolare e l'energia cinetica rotazionale dalla rotazione terrestre, rallentando la rotazione terrestre. [138] [140]Quel momento angolare, perso dalla Terra, viene trasferito alla Luna in un processo (noto in modo confuso come accelerazione delle maree), che solleva la Luna in un'orbita più alta e si traduce nella sua velocità orbitale inferiore attorno alla Terra.Quindi la distanza tra la Terra e la Luna aumenta e la rotazione della Terra rallenta in reazione.
#5
+5
Jaleel
2012-07-31 11:54:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La migliore risposta semplice a cui riesco a pensare è questa: un'orbita di un corpo di un altro è essenzialmente un grado di equilibrio tra forze, reali e fittizie. Questi includerebbero la forza centripeta (gravità) che attrae il corpo orbitante ("la caduta") e la forza centrifuga che deriva dall'inerzia del corpo orbitante (la tendenza del corpo orbitante a rimanere in un movimento lineare costante lontano dal corpo in cui orbita). In termini relativistici generali, l'orbita è il risultato di un corpo che si muove in linea retta attraverso lo spazio curvo che esiste intorno al corpo più massiccio. Se il corpo inferiore si muove con la combinazione sufficiente di quantità di moto e distanza, continuerà a passare il corpo più massiccio su altre regioni dello spazio. Se quella combinazione non è sufficiente per superare la curvatura dello spazio nella regione intorno al corpo più massiccio, il corpo minore continuerà la sua tendenza a viaggiare in linea retta ma deve farlo in uno spazio curvo che non può "sfuggire" . Se ha una quantità di moto minima sufficiente, la sua tendenza a muoversi in linea retta lontano dal corpo più massiccio supererà la curvatura verso il basso. Queste due condizioni faranno sì che il corpo inferiore, secondo Newton, diventi il ​​satellite perpetuo del corpo più massiccio perché il corpo inferiore deve rimanere in movimento a meno che non venga applicata una forza uguale e opposta al suo movimento. Il corpo inferiore non subisce resistenza dall'attrito o dall'aria nello spazio e la forza gravitazionale è perpendicolare, non opposta al movimento del corpo inferiore, quindi è assente una forza uguale e contraria, il corpo inferiore continua il suo viaggio intorno al corpo più massiccio indefinitamente mentre il suo slancio è in equilibrio con la gravità del corpo enorme.

#6
+3
Anixx
2011-04-24 17:50:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La Luna non cade verso la Terra in questo momento perché la Terra ruota da sola. L'energia della rotazione della Terra attorno al suo asse viene gradualmente trasferita in energia del moto orbitale della Luna. Ecco perché la velocità di rotazione della Terra diminuisce ma la distanza dalla Luna aumenta.

Questo processo continuerà fino a quando la corretta rotazione della Terra rallenterà fino al punto in cui avrà la stessa velocità angolare del moto orbitale della Luna. Da quel momento in poi la Luna inizierà ad avvicinarsi gradualmente alla Terra.

Questa non è una risposta alla domanda. L'orbita della Luna rimarrebbe praticamente invariata, anche se la Terra non ruotasse attorno al proprio asse.
Se la Terra non ruotasse attorno al proprio asse, la Luna inizierebbe a cadere sulla Terra.
Ma non sarebbe mai arrivata lì ... la Terra inizierebbe a ruotare più velocemente fino a quando non fosse in rotazione lunasincrona (mantenendo sempre la stessa faccia verso la luna), a quel punto la Luna smetterà di cadere.
Per diventare lunasincronica la Terra dovrebbe ruotare più lentamente, non più velocemente. Dopo che la rotazione diventa lunasincrona, la Luna inizierà ad avvicinarsi alla Terra.
@Anixx: Saresti così gentile da spiegare quale meccanismo credi ne sarebbe responsabile?
@dmckee Per cosa?
@Anixx: Per l'avvicinamento dopo aver raggiunto la chiusura della marea reciproca.
Bene 1) ci sarà ancora attrito di marea dovuto alle librazioni. Quindi l'orbita della Luna si avvicinerà gradualmente alla forma del cerchio padre dell'ellisse 2) Ci sarà l'influenza della marea del Sole che rallenterà la rotazione del sistema Terra-Luna (e la rotazione della Terra da sola) 3) Ci sarà interazione con mezzo interplanetario (gas e polvere) che rallenterà la rotazione 4) Il sistema Terra-Luna emetterà onde gravitazionali e quindi verrà emessa energia parziale o rotazionale.
Grazie @Anixx. La mancanza di maturità ovviamente intenzionale di questo forum è sconcertante.
#7
+1
Charles
2013-02-27 08:20:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La domanda originale è:

Perché la Luna, o del resto qualsiasi cosa che ruota un altro corpo più grande, non cade mai nel corpo più grande?

Altri hanno risposto che le forze centrifughe sono uguali a quelle centripete, quindi la luna rimane in un'orbita terrestre.

I satelliti orbitano attorno alla terra per lo stesso motivo. Tuttavia, le orbite dei satelliti a volte decadono, quindi l '"orbita" del satellite si trasforma in una spirale che collassa, e alla fine i satelliti tornano sulla terra (normalmente bruciando per l'attrito atmosferico). Le orbite possono terminare anche nella direzione opposta, dove il satellite si allontana dalla Terra in una spirale che si allarga, sfuggendo infine completamente alla gravità terrestre.

#8
  0
nikhil giri
2013-01-14 17:08:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

come sappiamo che la luna gira intorno alla terra in un percorso circolare dove la forza centripeta è sviluppata dalla gravitazione e quindi la forza verso l'esterno il risultato del movimento circolare "la forza centrifuga sta bilanciando la forza centripeta.

Forse potresti modificare alcuni dettagli in più nella tua risposta?
#9
-2
Ed999
2019-05-23 19:49:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Un punto che queste risposte ignorano riguarda il trascinamento dei frame .

Il pianeta Terra è un corpo enorme, quindi genera (o causa) gravità; ma è anche un corpo rotante . La Luna, essendo abbastanza vicina alla Terra da essere catturata dalla gravità terrestre, in modo che sia in orbita, non è tuttavia così vicina che il suo movimento orbitale viene ritardato dal contatto con le molecole atmosferiche (che causano un trascinamento - una decelerazione - su oggetti in orbita terrestre bassa).

Poiché la Luna è in un'orbita prograde (ovvero orbita nella stessa direzione in cui ruota la Terra), la gravità (rotante) della Terra è continuamente accelerazione la Luna (perché la Terra ruota 28 volte nel tempo impiegato dalla Luna per ruotare una volta: cioè 28 giorni); in modo che, nel tempo, lo slancio della Luna stia aumentando, tanto che si sta allontanando dalla Terra: un fenomeno storicamente definito frame drag o rotazione trascinamento .

Questo tipo di accelerazione è stato identificato da Einstein nella sua Teoria generale della relatività ed è abbastanza ben compreso. La Luna si allontana di qualche centimetro dalla Terra nel corso di cento anni, quindi gradualmente si sta muovendo verso la fuga dalla sua orbita, ma la teoria prevede che, poiché l'effetto è così lento, il sistema solare cesserà di esistere prima che possa passare un tempo sufficiente affinché l'effetto provochi effettivamente la fuga della Luna dall'orbita terrestre.

Questa accelerazione si applica a qualsiasi corpo naturale o artificiale in un'orbita (prograde) attorno a una massa planetaria che sta ruotando (e se l'orbita è retrograda lo stesso effetto decelererà it).

Quindi la vera risposta alla domanda originale è che è impossibile che un satellite in un'orbita stabile attorno a un corpo di massa planetaria cada dal cielo, a meno che (a) il pianeta non stia ruotando, o (b)l'atmosfera planetaria provoca effetti di trascinamento sul satellite, oppure (c) il satellite è in un'orbita retrograda.Dove nessuna di queste cose si verifica, è impossibile che la distanza tra il satellite e il pianeta diminuisca, perché la quantità di moto del satellite non può diminuire, quindi il suo movimento verso l'esterno (cioè il suo momento angolare ) non può diminuire.



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 3.0 con cui è distribuito.
Loading...