Frage:
Woher weiß ein isolierter Körper im Weltraum, dass er sich dreht?
chasly - reinstate Monica
2018-11-24 19:15:07 UTC
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Wir können uns ein Objekt vorstellen, das im bekannten Universum schwebt und maximal von jeder anderen großen Masse entfernt ist.Vielleicht ist es dort seit dem Zusammenwachsen nach dem Urknall.

Welche physikalischen Phänomene sagen aus, ob es sich relativ zum Rest des Universums dreht und daher eine Zentrifugalkraft (?) erfährt.

Ist es die kombinierte Schwerkraft aller anderen Materie?Ist es "gruselige Action in der Ferne"?Liegt es daran, dass es sich relativ zum "leeren Raum" dreht?

Damit sich ein Körper dreht, haben die Partikel des Körpers eine Beschleunigung von $ a = v ^ 2 / r $, sodass sich die Partikel nicht in einem Trägheitsrahmen befinden
Haben Sie gedacht, dass die Richtung der richtigen Zeit beim Drehen nicht konstant ist?
"Was sagt es, ob es sich relativ zum Rest des Universums dreht ..."?Kurze Antwort: das metrische Feld.(Ich poste dies als Kommentar, da es in den bereits geposteten Antworten impliziert ist. Ich füge nur Klarstellungen hinzu.) Dieses Feld ist immer vorhanden.Es definiert die Geometrie und vermittelt die Schwerkraft und kann niemals Null sein.Die Unterscheidung zwischen freiem Fall und nicht freiem Fall oder zwischen nicht rotierend und rotierend wird in Bezug auf das metrische Feld definiert.Es ist keine Fernwirkung erforderlich: Das metrische Feld "hier" ist aufgrund der Geschichte des Universums mit weit entfernten Dingen korreliert.
@Dan Yand - Dies ist hilfreich.Das metrische Feld klingt für mich jedoch wie Gottes Millimeterpapier.Was hält es an Ort und Stelle?
Ich glaube nicht, dass es eine andere Antwort gibt als "Rotation ist nicht relativ".Wenn Sie sich drehen und schwindelig werden, ist es das Vorhandensein von stationären Objekten in der Nähe, das Sie schwindelig macht?
@chaslyfromUK In der allgemeinen Relativitätstheorie, die die Grundlage für unser derzeitiges Verständnis dieser Dinge bildet, ist das metrische Feld nur ein weiteres physikalisches Feld (wie das elektromagnetische Feld), das alle anderen physikalischen Dinge beeinflusst und von diesen beeinflusst wird.Die Tatsache, dass es mit Geometrie verbunden ist, lässt es irgendwie "grundlegender" erscheinen als die anderen Dinge, aber wir können es anders herum betrachten: Die Grundgeometrie ist nützlich, weil sich diese Dinge gegenseitig beeinflussen.Ich werde nicht behaupten, dass dies völlig zufriedenstellend ist, aber es gibt eine alternative Perspektive.
Die Leute antworten auf Ihren zweiten Absatz, den einfachen, und ignorieren den ersten und dritten.Diese Fragen werden hier häufig gestellt, und aus meiner Sicht hat noch niemand bei Physics Stack Exchange eine zufriedenstellende Antwort gegeben.(Natürlich habe ich nicht jede Antwort zu diesem Thema gelesen.)
Ich würde nicht so weit gehen. Dass sich die Erde dreht, sagt ein Pendel ...
https://en.wikipedia.org/wiki/Mach%27s_principle
Danke BjörnW - Dieser Artikel geht genau auf meine Frage ein.Ich werde es lesen.Ich weiß nicht, ob Sie aus diesem Kommentar eine Antwort machen können.Wenn ja, bin ich geneigt, es zu akzeptieren.
@chaslyfromUK Danke, aber ich fürchte, ich kann es sowieso nicht besser machen als der Wikipedia-Artikel.Diese Angelegenheit ist notorisch haarig, wie Sie sehen können :) Wenn Sie weiter nach "Mach's Prinzip" googeln, sollten Sie jedoch viele andere Diskussionen und Blogeinträge erhalten.
Verwandte Beiträge und Antworten (meistens): https://physics.stackexchange.com/q/1048/392
Es macht mich traurig, dass so viele Antworten "weil es so ist" wiederholen.Diese Frage lautet: "Warum ist die Beschleunigung nicht relativ?"und die Antwort ist "wir wissen nicht" nicht "weil es ist".
Neun antworten:
Maury Markowitz
2018-11-24 22:58:44 UTC
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Dies ist ein langjähriges Problem in der Physik und wurde nicht vollständig zur Zufriedenheit von irgendjemandem gelöst. Es ist nicht nur eine Rotationsbewegung, jede Bewegung unterliegt dieser Sorge. Was ist im Grunde genommen "Bewegung" für ein einzelnes Objekt in seinem eigenen Universum?

Mach war einer der ersten, der dieses Problem wirklich untersucht hat. Er sprach von Massen im Weltraum und fragte sich, ob sie Schwung haben würden. Er kam zu dem Schluss, dass dies erforderlich war, und suchte nach möglichen Lösungen für das offensichtliche Problem des Fehlens eines universellen Herrschers.

Er kam zu dem Schluss, dass die Massenverteilung des Universums als Ganzes (an die sich damals die Milchstraße erinnerte) eine Art Impulshintergrund bildet, an dem alle lokalen oder nicht lokalen Objekte tatsächlich messen. Selbst wenn Sie die Kollision von Objekten auf einem Billardtisch untersuchen, ist der von Ihnen gemessene Impuls nicht relativ zum Tisch, sondern "wirklich" relativ zu diesem universellen Rahmen, aber am Ende ist der Tisch so Sie können es auf diese Weise reduzieren.

Eine direktere Lösung des Problems bot die Brans-Dicke-Theorie. Dies ist eine Theorie, die der Allgemeinen Relativitätstheorie insofern sehr ähnlich ist, als sie der Geometrie der Raumzeit viele Dinge, insbesondere die Schwerkraft, zuschreibt. Es wird jedoch auch ein zweites lineares Feld hinzugefügt, das bei seiner Erstellung in das Universum "eingebrannt" wird. Dieses Feld erstellt einen Hintergrundreferenzrahmen für den Impuls.

Wenn also die BD-Theorie korrekt ist, wird ein Universum mit einem einzelnen Objekt definitiv einen Drehimpuls spüren.

Leider ist BD, soweit wir das beurteilen können, falsch. Es gibt keine direkten Beweise dafür, aber es fällt Occams Rasiermesser zu. Das Problem ist, dass BD eine Kopplungskonstante (Alpha IIRC) hat, die definiert, wie stark dieses andere Feld an die Raumzeit gekoppelt ist - es ähnelt im Wesentlichen G in normalem GR. Wenn es auf Null fällt, wird die Theorie auf die gleiche Weise zu GR, wie die Newtonsche Schwerkraft die Schwachfeldgrenze von GR ist.

Sie können Alpha indirekt messen, und bis heute zwingt jede neue Messung es immer näher an Null.Also gewinnt GR.

Das macht für mich jedoch Sinn, da Sie sagen, dass es das Problem nicht löst.Zurück zu meiner ursprünglichen Frage: Es scheint entweder "Gottes Millimeterpapier" zu geben, das mit unbekannten Mitteln an Ort und Stelle gehalten wird, oder "gruselige Aktion in der Ferne" von fernen Massen oder ein Referenzfeld, das durch unsere Nettointeraktion mit der Schwerkraft von nah und fern bereitgestellt wirdQuellen.Oder natürlich noch etwas anderes.Ist es möglich, dass tatsächlich die mangelnde Präzision der Position eines Elektrons, die durch das Universum springt, irgendwie die gruselige Aktion liefert?
Dies ist die einzige Antwort, die die Frage im Kontext aktueller Theorien wirklich angemessen behandelt.Übrigens ist das Originalpapier von 1961 über die BD-Schwerkraft online verfügbar und beginnt mit einer gut lesbaren Diskussion eines Gedankenexperiments nach dem Vorbild des OP: C. Brans und RH Dicke, Physical Review 124 (1961)) 925, http://loyno.edu/~brans/ST-history/
Dies ist die Antwort, die ich hierher kommen wollte, um zu schreiben, nur besser als ich geschrieben hätte.Die anderen Antworten, die Machs Prinzip und seine Rolle in der Relativitätstheorie und anderen Gravitationstheorien nicht diskutieren, haben die Frage falsch verstanden.
Diese Antwort diskutiert Machs Prinzip, das ein vages, wenn auch oberflächlich ansprechendes philosophisches Argument ist, von dem bekannt ist, dass es seit 100 Jahren falsch ist.GR gehorcht einfach nicht Machs Prinzip, auch nicht aus der Ferne, egal was Mach aus vagen mathematikfreien Überlegungen für wahr hielt.Machs Prinzip ist auf der gleichen Ebene wie Aristoteles '"Alle Dinge suchen ihren natürlichen Ruhezustand" oder viele andere veraltete philosophische Aussagen.Sie klingen gut und das ist alles.
@knzhou Angesichts der Tatsache, dass Mach eine wichtige Inspirationsquelle für die Entwicklung von GR war, scheint es seltsam, ihn so leichtfertig zu entlassen.
@senderle Es ist ein Haustier von mir.Es gibt so viele philosophische Argumente, die für ihre historische Bedeutung gelobt werden, aber niemand scheint sich jemals darum zu kümmern oder gar zu erwähnen, ob die Argumente tatsächlich richtig waren, was irgendwie wichtig ist!Machs Prinzip erwies sich in dem Sinne als falsch, dass GR eine absolute Winkelgeschwindigkeit hat, und Einstein wusste dies genau.Aber die Hälfte der Lehrbücher, die ich in der Grundschule gesehen habe, erwähnte dies bei _all_ nicht, sie sagten nur vage, dass Machs Prinzip sehr wichtig und bedeutsam sei.
@knzhou Ich kann Ihren Standpunkt sehen.Ich denke an Berkeley in der Analysis als ein ähnliches Beispiel - er zog falsche Schlussfolgerungen, aber die Fragen, die er stellte, waren erst von Leuten wie Dedekind zu beantworten.War er falsch oder richtig?Ich sehe Wert darin, die Unordnung dieser Prozesse anzuerkennen.Aber ja - Klarheit kann darunter leiden.
@knzhou - Ihre Erfahrung ist viel anders als meine.Ich sehe viele Diskussionen über die aristotelische Physik, aber ich habe noch keine gesehen, die nicht erwähnt, dass es "falsch" ist.Ich bin mir nicht sicher, ob Machs Überlegungen überhaupt in diese Kategorie passen - der universelle Rahmen, über den Mach nachgedacht hat, existiert zumindest in einigen Fällen im metrischen Tensor und ist in der B-D-Theorie sehr real.Dass Machs * Erklärung * (die er nie wirklich getan hat) möglicherweise nicht mehr richtig ist, ist genau die Funktionsweise der Wissenschaft - Fakten ändern sich nicht, unsere Erklärungen tun es.
@chaslyfromUK - es geht direkt auf Ihre Frage ein.Mach sagte, Gottes Millimeterpapier sei auf das zusammengesetzte Feld der fernen Sterne zurückzuführen.Einstein sagte, es existiere nicht, aber in bestimmten Fällen kann ein Analogon gesehen werden.Die B-D-Theorie hat ein explizites Millimeterpapier, ebenso wie eine Reihe anderer Theorien.
knzhou
2018-11-24 22:26:24 UTC
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Wissenschaftlich gesehen gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass die Rotationsgeschwindigkeit relativ ist. Um zu sehen, warum, denken Sie zuerst an die Lineargeschwindigkeit.

Historisch gesehen beginnen wir mit der aristotelischen Physik, die besagt, dass die lineare Geschwindigkeit nicht relativ ist. Objekte haben einen bevorzugten Ruhezustand. Dann erhalten wir die galiläische Physik, bei der die lineare Geschwindigkeit relativ ist.

Warum sagen diese Theorien verschiedene Dinge? Wenn Sie innerhalb der Theorie arbeiten, wird Aristoteles Ihnen sagen, dass Objekte in ihren "natürlichen Ruhezustand" zurückkehren möchten, während man im galiläischen Rahmen von "galiläischer Symmetrie" sprechen könnte, oder Trägheitsrahmen und Newtons erstes Gesetz. Es gibt auf beiden Seiten eine Menge hochgesinnter Theorie und großer Worte, aber was wirklich alles ist, sind experimentelle Daten. Aristoteles bemerkte, dass ein fliegender Pfeil immer zur Ruhe kommen wird. Galileo argumentierte, dass man die Geschwindigkeit in einem sich bewegenden Schiff nicht erfassen könne. Ihre Theorien unterscheiden sich, weil sie von verschiedenen Beobachtungen über die Welt ausgegangen sind.

Natürlich ist die galiläische Physik heute als richtig bekannt, aber es ist wichtig, sich hier an die Reihenfolge der Logik zu erinnern. Wir sind nicht zu dem Schluss gekommen, dass die Geschwindigkeit relativ ist, da die Welt eine galiläische Symmetrie aufweist. Wir haben beobachtet, dass die Geschwindigkeit relativ ist, und dann diese Beobachtung unter Verwendung der galiläischen Symmetrie beschrieben. Es ist keineswegs die einzige Option; Die Welt hätte anders aussehen können.

Wenn Sie also versuchen, die reinen theoretischen Argumente der galiläischen Symmetrie zu erweitern, um zu behaupten, dass die lineare Beschleunigung offensichtlich auch relativ ist, erhalten Sie sie vollständig rückwärts. Die lineare Beschleunigung unterscheidet sich einfach von der linearen Geschwindigkeit. Sie wissen a priori nichts darüber, Sie müssen nach draußen gehen und sehen. Dort bemerken Sie, dass Sie erkennen können, wann ein Zug auch mit geschlossenen Augen beschleunigt, sodass die lineare Beschleunigung nicht relativ ist.

Betrachten Sie nun die Rotationsgeschwindigkeit.Man könnte naiv sagen, Rotationsgeschwindigkeit ist genau das Gleiche wie Lineargeschwindigkeit, weil beide Geschwindigkeiten genannt werden.Vom Standpunkt jedes Teilchens in einem rotierenden Körper aus ist die Rotation lediglich ein bestimmtes periodisches Muster der linearen Beschleunigung.Welche theoretischen Argumente sollten wir also anwenden, da die Rotationsgeschwindigkeit Ähnlichkeiten sowohl mit der Lineargeschwindigkeit als auch mit der Linearbeschleunigung aufweist?Antwort: neither.Wieder müssen wir rausgehen und prüfen , und sobald wir dies tun, stellen wir fest, dass die Rotationsgeschwindigkeit nicht relativ ist.

Das ist das Ende der Geschichte.Sie könnten wie Mach denken, dass das Universum symmetrischer und logischer gewesen wäre, wenn die Rotationsgeschwindigkeit relativ gewesen wäre.Aber es ist einfach nicht so und man kann der Natur keine Symmetrie aufzwingen, die sie nicht mit Gewalt hat.So funktioniert Wissenschaft nicht.

In welchem Sinne meinen Sie, dass "Rotationsgeschwindigkeit nicht relativ ist".Meinen Sie das nur im galiläischen Rahmen?Es tut mir leid, wenn Sie in Ihrer Antwort klargestellt haben, aber es ist mir nicht klar.
Dies ist aus Sicht von Newton und Galileo eine vollkommen gute Antwort, geht jedoch nicht auf die zugrunde liegende Frage ein, bei der es sich im Grunde um ein klassisches Gedankenexperiment handelt, mit dem Diskussionen über Machs Prinzip eingeleitet werden.
@BenCrowell Nein, ich halte die zugrunde liegende Frage für bedeutungslos.Machs Prinzip ist nur eines von vielen gut klingenden theoretischen Argumenten, aber das spielt keine Rolle.Was zählt, ist, dass die experimentellen Beweise auf GR hinweisen und GR nicht Machian ist.
@N.Steinle Die Rotationsgeschwindigkeit ist nicht relativ in dem Sinne, dass ein isolierter Beobachter erkennen kann, ob er sich dreht oder nicht.
Ich stimme dieser Antwort zu, möchte aber hinzufügen, dass Sie hier mit "Beschleunigung" "nicht träge Bewegung" meinen, d. H. Anders als im freien Fall.Auch Machs Idee war nicht völlig falsch: Er vermutete, dass das, was Trägheitsbewegung ist und was nicht, etwas mit Materieverteilung zu tun hat, und das ist richtig.GR ist weder Machian noch völlig Nicht-Machian.
@AndrewSteane In der Tat wollte ich die Schwerkraft nicht hineinbringen, nur um die Dinge etwas einfacher zu halten.Ich denke, Ihre letzte Aussage ist wahr, aber in der Praxis ist GR nur ein winziger Machian, in dem Sinne, dass die Frame-Drag-Effekte auf der Erde sehr gering sind.
V.F.
2018-11-24 20:06:07 UTC
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Wenn Sie über die Rotation des Körpers um seinen Massenschwerpunkt sprechen, kann dies erkannt werden, da verschiedene Körperteile unterschiedliche Beschleunigungen aufweisen und daher innere Kräfte auftreten, die bei gemessen werden könnenzumindest theoretisch.

Wenn Sie über die Rotation des Körpers relativ zu einer entfernten Masse aufgrund seiner Anziehungskraft sprechen, wäre dies ein freier Fall und nicht erkennbar, da alle Körperteile die gleiche Beschleunigung erfahren und dies auch tun würdenzwischen ihnen sind keine zu messenden Schnittgrößen.

Ja aber Beschleunigung relativ zu was?Das ist meine Frage.Woher weiß es, dass es sich um seine COM dreht, ohne sich auf etwas außerhalb von sich selbst zu beziehen?Was bewirkt, dass die inneren Kräfte da sind?
@chaslyfromUK Die Beschleunigung relativ zu anderen Teilen desselben Körpers.Die Zentrifugalkraft hängt vom Abstand von der Drehachse ab.Da verschiedene Körperteile unterschiedliche Abstände zur Rotationsachse haben, würden sie unterschiedliche Kräfte erfahren (nicht nur im Wert, sondern auch in der Richtung).Wenn Sie einen Körper schnell genug drehen, wird er durch diese Kräfte (oder vielmehr den Unterschied zwischen ihnen) auseinandergerissen.Suchen Sie einfach nach [Videos, die zerbrechende CDs mit hoher Geschwindigkeit zeigen] (https://www.youtube.com/watch?v=zs7x1Hu29Wc).Im Weltraum wäre das nicht anders.
@chaslyfromUK Die Schnittgrößen sind Zentrifugalkräfte, bei denen sich alle Körperteile drehen und nicht gerade bewegen, wie dies nach Newtons erstem Gesetz der Fall wäre (ohne dass auf sie wirkende Zentrifugalkräfte wirken).
Das fühlt sich so an, als würde die eigentliche Frage ignoriert.Natürlich können wir messen, dass ein Objekt eine Rotation von 5 Bogenmaß pro Sekunde um seinen Massenschwerpunkt hat.Aber wieso?Was ist diese Drehung relativ zu.Warum stimmen alle Objekte im Universum darin überein, was "nicht rotierend" bedeutet, wenn der nicht rotierende Rahmen in Abwesenheit von "anderem Zeug" willkürlich erscheint?Ich fürchte, die Antwort lautet "nur weil sie es tun".
@RichardTingle Bei der Frage geht es nicht darum, dass "wir" oder "Universum" die Rotation eines Objekts erkennen, sondern dass ein Objekt in der Lage ist, seine eigene Rotation ohne externe Referenzen zu erkennen.Wenn sich ein Objekt um sein COM dreht (dies ist, worauf sich die Drehung bezieht), kann es seine eigene Drehung durch Messen seiner Schnittgrößen erfassen.Wenn Sie auf einem sich drehenden Karussell stehen, haben Sie das Gefühl, dass es sich dreht, selbst wenn Ihre Augen geschlossen sind, und Sie würden sich genauso fühlen, wenn es im Weltraum wäre, ohne andere Dinge.
@V.F.Genau die Frage ist, warum das so ist.Was ist das Besondere an diesem bestimmten rotierenden Rahmen, das bedeutet, dass ein bestimmter Rahmen keine Zentripetalkraft hat, dass dieser * der * nicht rotierende Rahmen ist.Die Antwort, dass es existiert und ist, weil es existiert und wir es als diese messen können, ist tautilogisch (aber ebenso erwarte ich alles, was wir haben)
N. Steinle
2018-11-24 19:55:54 UTC
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In der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es keinen Hintergrund für die Raumzeit und daher keinen absoluten Referenzrahmen. In der Speziellen Relativitätstheorie (Special Relativity, SR) gibt es jedoch einen Hintergrund, vor dem Beschleunigungen absolut sind. Spezielle Relativitätstheorie ist also genau die Arena, die Sie beschreiben - ein Raum ohne Materie, in dem wir die Schwerkraft ignorieren. Es gibt eine nette Diskussion hier.

Welche physikalischen Phänomene sagen es aus, ob es sich relativ zum Rest des Universums dreht

Ein in der Mitte des Objekts ruhender Beobachter würde keine Beschleunigung spüren, aber ein Beobachter am Rand des Objekts würde eine Beschleunigung spüren, die er als Gravitationseffekt interpretieren würde und die von einer Trägheitskraft nicht zu unterscheiden ist. ABER dies ist die Essenz von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie (GR), in der die Schwerkraft ein Trägheitseffekt ist.

Ist es die kombinierte Schwerkraft aller anderen Materie?

Nicht ganz. Wie Ben betonte, ist die Minkowski-Raumzeit (mit der flachen Minkowski-Metrik) eine Lösung der Einstein-Gleichungen von GR, und dies ist eine Möglichkeit zu sagen, dass GR keine vollständig machianische Gravitationstheorie ist. Dies bedeutet letztendlich, dass die lokale Physik von GR nicht vollständig durch die Trägheit des restlichen Universums bestimmt wird.

Also, was ist hier los? Die Brans-Dicke-Theorie erweitert GR und ist möglicherweise mehr machianisch als klassisches GR, da Newtons Gravitationskonstante $ G $ span> über die Raumzeit gemäß einem Skalarfeld $ \ phi $ span>, der als Hintergrund dient. Hier könnte ein im Vakuum rotierendes Objekt "wissen", dass es sich dreht, denn wenn ein Beobachter am COM des Objekts einen Punkt von sich selbst während der Drehung vom COM weg verfolgt, würde der COM-Beobachter unterschiedliche Werte von $ G $ span> an verschiedenen Positionen in der Rotation, was bedeutet, dass es eine Bewegung gab, und der Beobachter konnte daraus schließen, dass die Änderung in $ G $ span> ist auf eine Rotationsbewegung im Gegensatz zu einer linearen Bewegung zurückzuführen. Was bedeutet das? Im Wesentlichen haben Sie eine wirklich gute Frage gestellt, über die unsere besten Gravitationstheorien nicht einig sind, da GR bei der Relativierung der Rotationsbewegung (aufgrund der asymptotischen Grenze von Minkowski) versagt und die Brans-Dicke-Gravitation eine liefert Hintergrundfeld, anhand dessen Rotationsbewegungen relativistisch erfasst werden können (das Skalarfeld $ \ phi $ span>).

* In der Allgemeinen Relativitätstheorie gibt es keinen Hintergrund für die Raumzeit und daher keinen absoluten Referenzrahmen.In der Speziellen Relativitätstheorie gibt es jedoch einen Hintergrund, von dem aus Beschleunigungen absolut sind. * GR ist derselbe wie SR an der Grenze kleiner Entfernungen, und beide machen die gleichen Vorhersagen über diese Art von Gedankenexperimenten.Hier muss zwischen GR und mehr machianischen Theorien wie der Brans-Dicke-Schwerkraft unterschieden werden.
@BenCrowell Ich freue mich über Ihre Eingabe.Mein Verständnis der Brans-Dicke-Schwerkraft fehlt stark, aber ich hoffe, dass meine Änderungen (der letzte Absatz) ausreichen.Bitte sagen Sie mir, ob ich einen Fehler gemacht habe oder ob ich Ihren Standpunkt völlig verfehlt habe.Wenn nötig, können Sie meine Antwort auch bearbeiten, aber ich werde Ihre Kritik trotzdem akzeptieren!
Jasio
2018-11-24 21:55:58 UTC
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Es hängt sehr stark von der Größe des Körpers, seiner Form, Masse und seiner Verteilung, Rotationsgeschwindigkeit, Atmosphäre und seinen Bewegungen usw. ab.

  • Zentrifugalkraft - ist gut für relativ kleine Objekte, die sich schnell drehen. In einer optimalen Situation würde es eine Nettokraft erzeugen, die außerhalb der Körpermitte gerichtet ist - in diesem Fall ist die Situation ziemlich klar. Wenn die Schwerkraft jedoch stärker als die Zentrifugalkraft ist, müssten Sie die beiden Kräfte vergleichen, um mögliche Anomalien zu entdecken. Dann müssten Sie jedoch die Massenverteilung genau kennen, um die Berechnungen korrekt durchführen zu können. Das Verfahren würde auch nicht für große, langsam rotierende Körper funktionieren. Fühlst du schließlich eine Zentrifugalkraft auf der Erde? Es ist möglich zu messen, dass es am Äquator 0,3% der Erdbeschleunigung sind, was für 100 kg Körper einen Unterschied von 0,3 kg zwischen dem Pol und dem Äquator bedeutet. Sie können also gemessen werden, müssen jedoch eine Reihe anderer Faktoren ausschließen.

  • Eine Variante der oben genannten: Wenn der Körper mit einer Flüssigkeit bedeckt ist, können Sie versuchen, die Form der Oberfläche zu messen. Und natürlich sollten Sie die Massenverteilung im Inneren berücksichtigen: Ein leicht abgeflachter fester Globus, der von einem Ozean bedeckt ist, könnte eine Schwerkraftanomalie erzeugen, die für eine Rotation herangezogen werden könnte.

  • Pendel - kann verwendet werden, um die Beschleunigung in verschiedenen Körperteilen zu messen oder den Foulcault-Effekt zu entdecken. Es erfordert jedoch eine erhebliche Schwerkraftmasse, um richtig zu funktionieren. Daher ist es besser für große Körper mit einer signifikanten Masse, z. B. von großen Monden oder Planeten. Ich erwarte nicht, dass es bei einem kleinen Körper wie einem Asteroiden oder einer ISS richtig funktioniert.

Meiner Meinung nach scheinen diese Methoden die universellsten zu sein:

  • ein Giroskop - es behält die konstante Achsenrichtung in 3d bei. Wenn Sie also mehrere davon in verschiedenen Körperteilen verteilen und in verschiedene Richtungen zeigen, sollten Sie in der Lage sein, die Drehung zu erkennen. Bitte beachten Sie jedoch, dass Sie möglicherweise die Präzession in einem Schwerkraftfeld berücksichtigen müssen.

  • Coriolis-Kraft - Wenn Sie Objekte in verschiedene Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten werfen und mit geraden Referenzlinien vergleichen, sollten Sie in der Lage sein, die Drehung zu erkennen und sogar zu messen. Bitte beachten Sie jedoch, dass der Abstand groß genug sein sollte. Auf der Erde ist der Effekt in Entfernungen von wenigen Kilometern kaum messbar. Die Methode ist anfällig für Fehler, die durch atmosphärische Bewegungen (Winde) verursacht werden. Ich bezweifle auch, dass Sie sie entdecken können, wenn die feste Oberfläche mit einer Flüssigkeit bedeckt ist. In solchen Situationen können Sie große Tendenzen bei atmosphärischen Bewegungen (Zyklone, Antizyklone, Strömungen in Flüssigkeiten usw.) beobachten.

  • Eine Variante des oben genannten: Sie können ein Objekt gerade nach oben schießen, genau entgegen der Richtung der lokalen Schwerkraft. Wenn es nicht auf Ihre Schrotflinte fällt, kann dies bedeuten, dass der Lauf schief ist oder sich der Körper dreht (und Sie nicht auf der Stange sind).

  • Sie können auch einige Satelliten mit verschiedenen Höhen senden und die Richtung und Stärke des Schubes messen, die Sie anwenden müssen, um sie genau über einem ausgewählten Punkt auf der Oberfläche zu halten.

Obwohl alle Methoden fehleranfällig sind und möglicherweise praktische Probleme lösen müssen, insbesondere bei präziser Messung, gibt es einige Methoden, von denen keine vom externen Bezugsrahmen abhängt.

Dies sind alles vernünftige Experimente, aber diese Antwort spricht nicht das grundlegende Problem an, das der Frage zugrunde liegt, die im Grunde eine Frage des Machschen Prinzips ist.
Jake
2018-11-24 20:15:56 UTC
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Die Wirkung der Zentrifugalkraft ist fiktiv (existiert nicht). Was Sie fühlen, wenn Sie um einen Punkt gedreht werden und sich an einer Schnur festhalten, ist eine Zentripetalkraft. Wenn Sie eine Kreisbewegung haben, ist Ihre Bewegungsrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt tangential zum Kreis. Wenn Sie also die Saite loslassen, bewegen Sie sich weiter in eine Richtung, die den Punkt des Kreises berührt, an dem Sie loslassen. Die "Zentrifugalkraft", die Sie fühlen, ist nur die Kraft der Saite, die Sie daran hindert, gerade weiterzumachen. Der Grund, warum Sie eine Zentrifugalkraft spüren, ist, dass Newtons erstes Gesetz besagt, dass "ein Objekt in Bewegung in Bewegung bleibt", sodass das Objekt, das sich in einem Kreis bewegt, geradeaus fahren möchte, aber von der Schnur gestoppt wird, wodurch dies verursacht wird bewege dich um den Kreis.
Nun zurück zur ursprünglichen Frage. Newtons Bewegungsgesetze, in diesem Fall das erste Gesetz, können nur von einem Referenzrahmen aus arbeiten, der nicht beschleunigt. Wenn ich zum Beispiel in ein Auto hüpfe und anfange zu beschleunigen, dann beschleunige ich relativ zur Erde und würde somit eine Kraft fühlen, aber relativ zu mir scheint die Erde zu beschleunigen, aber nicht jeder auf der Erde fühlt eine Kraft in sich meine Richtung, daher können die Gesetze nur in einem Referenzrahmen funktionieren, der nicht beschleunigt. Da wir nicht 100% garantieren können, ob sich das Universum beschleunigt oder nicht, können wir nicht sagen, dass das Objekt eine Zentrifugalkraft relativ zum Universum erfahren würde und dass das Universum diese Zentrifugalkraft fühlen würde, aber wir können mit Sicherheit sagen, dass sich das Objekt fühlt eine Zentrifugalkraft.

Der Effekt existiert nicht?Oh, ich zeige Ihnen einfach [XKCD 123] (https://xkcd.com/123).
Andrew Steane
2018-11-24 20:39:47 UTC
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Eine Sache, die Sie tun könnten, ist das Einrichten eines Foucault-Pendels. Ein anderer ist ein Blick auf ein Gyroskop im freien Fall in Ihrer Nähe, während Sie auf dem Objekt sitzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, kleine Staubpartikel in der Nähe des Objekts zu platzieren, ohne dass eine Kraft auf sie ausgeübt wird. Lassen Sie sie los und sehen Sie, wie sie sich relativ zum Objekt bewegen.

Ihre Frage berührt einige ziemlich tiefe Aspekte der Physik, die unter dem Namen 'Mach's Principle' bekannt sind. Dies ist kein genaues Naturgesetz, sondern eine Vorstellung davon, dass die lokale Definition dessen, was Trägheitsbewegung ist und was nicht, mit der großräumigen Verteilung der entfernten Materie (Galaxien usw.) zusammenhängt. Die allgemeine Relativitätstheorie beinhaltet sicherlich die Idee, dass die Trägheit der Bewegung mit der Anordnung der Materie zusammenhängt, auch im größten Maßstab, aber es ist eine Frage der fortgesetzten Debatte, ob dies das Mach-Prinzip vollständig erfasst oder nicht.

Im Fall eines Körpers, von dem wir sagen, dass er sich dreht, könnten wir, wenn wir wollten, sagen, dass er sich nicht dreht, sondern einem ungewöhnlichen Gravitationsfeld ausgesetzt ist, das die Ergebnisse aller Experimente mit Foucaults Pendel verursacht und Gyroskope und so weiter. Dies wäre jedoch eine seltsame Sichtweise.

Die Staubpartikel würden nicht funktionieren.Die Atmosphäre dreht sich ebenfalls und würde den Staub mit sich herumtragen, so dass er auf einen scheinbar ziemlich geraden Weg fällt (ohne die Luftströmungen, die sie herumblasen).
Ich dachte daran, die Staubpartikel außerhalb des Körpers und außerhalb jeder Atmosphäre zu platzieren, die an den Körper gebunden sein könnte.
Dvij D.C.
2018-11-25 09:15:33 UTC
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Einfach ausgedrückt hat sogar die leere Raumzeit eine metrische Struktur, die das Objekt darüber informiert, ob es sich in einem Trägheitsrahmen befindet oder nicht und folglich, ob es sich dreht oder nicht.

Die Idee, dass Sie ein sichtbares Objekt benötigen und erst dann (im Vergleich dazu) feststellen können, ob Sie in Bewegung sind oder nicht, ist wirklich irreführend. Eine solche Idee kann nur funktionieren, um Ihnen zu sagen, ob Sie sich in einer relativen Bewegung w.r.t. befinden. das Objekt, mit dem Sie sich vergleichen. Wie die Allgemeine Relativitätstheorie deutlich gemacht hat, haben bestimmte Aspekte der Bewegung eine absolute Bedeutung. Insbesondere ist es sinnvoll, über Beschleunigung oder deren Fehlen zu sprechen, auch wenn kein Rahmen angegeben ist - da a priori klar ist, welcher Rahmen gemessen werden soll, nämlich in Bezug auf die lokal frei fallenden Rahmen. Die Existenz solcher Rahmen wird geometrisch durch die metrische Struktur der Raumzeit beschrieben, so dass Sie immer einen lokalen Referenzrahmen erstellen können, der die affinen Verbindungen verschwinden lässt und den metrischen Minkowskian.

Beachten Sie im Gegensatz dazu die Tatsache, dass Sie niemals eine so kanonische Beschreibung von "Wie gehe ich zu einem lokalen Frame, der sich in Ruhe befindet?" weil es keine speziellen Restrahmen gibt. Alle Minkowskian-Frames sind völlig gleichwertig. Dies bedeutet, dass es nur dann sinnvoll ist, über Geschwindigkeit oder deren Fehlen zu sprechen, wenn ein bestimmter Referenzrahmen angegeben wurde.

joshuaronis
2018-11-25 07:27:39 UTC
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Ich denke, dass Rotation wie jede Bewegung relativ ist, aber ich kann mich irren.

Jeder Punkt auf einem rotierenden Körper denkt, der Körper dreht sich um IT , aber nur der Punkt im Massenmittelpunkt (oder der Drehpunkt) fühlt sich relativ zum Universum stationär an . Lassen Sie mich ein Beispiel geben:

Stellen Sie sich vor, dieser Kreis ist das gesamte Universum. Es gibt nichts weiter als diesen Kreis:

enter image description here

Okay, jetzt gibt es etwas mehr als den Kreis. Der Stapelaustauschgott der Physik sagte, lass es einen Stab geben , und jetzt siehst du auch einen einzelnen schwarzen horizontalen Stab.

enter image description here

Jeder der farbigen Blobs auf der Stange ist ein anderer Punkt, um den sich die Stange drehen könnte. Diese Ansicht ist aus der Sicht eines hyperdimensionalen Wesens, das von außerhalb des Universums (außerhalb des Universums, weil sie auf das Papier starren) beobachtet.

enter image description here

Die Stange könnte sich um den roten Punkt drehen ...

enter image description here

Um den rosa Punkt herum ...

enter image description here

oder um den blauen Punkt herum ...

enter image description here

Betrachten wir uns nun als sehr klein. Extrem klein. Wir schrumpfen immer kleiner und werden plötzlich zum rosa Punkt teleportiert.

Denken Sie daran, dass der Kreis das gesamte Universum darstellt, in dem der Stab existiert. Es gibt nichts weiter als den Stab und den Kreis (Ring, Universum, was auch immer). Zeitraum.

Oh, und es gibt auch keine Schwerkraft. Und kein Sauerstoff. Wir müssen nicht atmen.

enter image description here

Jetzt dreht sich der Stab „um“ den blauen Punkt. Aus der Sicht eines jenseitigen Außenseiters, der außerhalb des Universums existiert, ist es genau das, was es tut. Es dreht sich um den blauen Punkt.

enter image description here

Aber was ist mit uns, die auf dem rosa Punkt stehen? Wenn sich die Stange ziemlich schnell dreht, spüren wir eine Zunahme der Normalkraft von der Stange. Und so können wir sagen, dass sich die Rute bewegt und nicht die Welt um uns herum. (Ignoriere das Bild unten rechts, das war ein Durcheinander)

enter image description here

ABER, WENN sich die Stange wirklich langsam dreht ... , dann könnten wir wirklich denken, dass die Stange um uns herum gedreht hat (um) der rosa Punkt) gegen den Uhrzeigersinn, aber einfach auch den Ring (Universum) mitgezogen! Es gibt wirklich keinen Unterschied!

Wir würden tatsächlich denken, dass sich der Stab um uns gedreht hat , aber er wurde einfach am blauen Punkt am Kreis befestigt, am blauen Punkt am Universum befestigt und sieht folgendermaßen aus:

enter image description here

Wir können dies auch für die anderen Szenarien tun. Tatsächlich können wir für jede Umdrehung einen beliebigen Punkt auf der Stange auswählen und sagen, dass sich die Stange um it gedreht hat. Es ist nur EINER dieser Punkte, der glaubt, dass das Universum auch noch vorhanden ist. Alle anderen werden einfach denken, dass das Universum an einem anderen Punkt an der Stange befestigt und mit ihr gedreht wurde.

Schauen wir uns eine Rotation an, bei der wir dem hyperdimensionalen Betrachter zustimmen, der auf das Papier starrt (wenn der Kreis das gesamte Universum ist ... was ist das Papier?!) .

Bei der Drehung, bei der ( für den Betrachter, der auf das Papier schaut ) der Stab „um“ den rosa Punkt dreht, drehte sich der Stab für uns („für den rosa Punkt stehend“) um den rosa Punkt Punkt auch!

enter image description here

In dieser Rotation war das Universum immer noch relativ zu uns (zum rosa Punkt) . Und wir dachten, die Stange drehte sich um uns.

Dies sind jedoch zwei separate Aussagen. Wir hätten denken können, dass sich der Stab in jedem Szenario um uns gedreht hat, nur in einem wird das Universum auch noch relativ zu uns sein.

Dies war der Unterschied zwischen dieser und der letzten Rotation: In dieser Rotation war das Universum immer noch relativ zu uns, während wir in der letzten Rotation sahen, wie es sich mit der Stange bewegte. Wir glauben jedoch, dass sich der Stab unabhängig von der Situation um uns drehte, einfach, dass im ersten Szenario der Stab aus irgendeinem Grund am blauen Punkt an den Kreis (Universum) gebunden war und sich daher um uns drehte auch.

Aber was wäre, wenn es kein Universum gäbe? Was ist, wenn es keinen Kreis gibt?

Wenn es wäre, wäre kein Universum für die Stange, um in zu drehen, aus der Sicht der Person, die nach unten schaut, wären wir der einzige Bezugspunkt, sie könnten sehr gut zustimmen, dass sich die Stange um uns dreht (pink Punkt) auch im ersten Szenario! Wenn wir dann den Ring hinzufügen, stimmen sie möglicherweise zu, dass der Ring mit dem blauen Punkt verbunden war und mitgezogen wurde!

Drehung ist relativ

Wenn sich der Stab schließlich aus Sicht des hyperdimensionalen Betrachters „um“ den roten Punkt dreht, waren wir („am rosa Punkt stehen“) alles wieder um uns herum, wir waren das Rotationszentrum, und Es ist nur der rote Punkt, der das Universum nach oben und links gezogen hat!

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In beiden Fällen kann man sagen, dass sich die Stange um einen beliebigen Punkt auf der Stange dreht. Das heißt, es drehte sich um uns herum. Es ist nur in einigen Szenarien, das Universum gefolgt von .

Wir sind das Zentrum von allem und das Universum dreht sich um us.

Aber wenn das Universum von Anfang an nicht da wäre, gäbe es keinen Kreis, um den man sich relativ drehen könnte, und es gäbe tatsächlich keine Möglichkeit zu sagen, um welchen Punkt sich der Stab drehte.

Glückliche Gedanken! Das Universum dreht sich um dich!

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Hoffe das hat geholfen.

Betreff: "Wenn sich die Stange ziemlich schnell dreht, spüren wir eine Zunahme der Normalkraft von der Stange."Nein, nach Newtons 2. Gesetz ist Kraft gleich Masse mal * Beschleunigung *.Wie "schnell" sich ein Objekt dreht, ist für eine normale Kraft völlig irrelevant.Vielleicht versuchen Sie stattdessen, zentripetale Kräfte zu beschreiben, aber diese ergeben sich aus Newtons 1. Gesetz;verschiedene Vektoren insgesamt.Bitte stellen Sie sicher, dass Sie die Physik selbst verstehen, bevor Sie versuchen, eine Antwort zu schreiben.
@Will danke für Ihren Kommentar.Wenn Sie auf einem langen Plan stehen, z. B. k, und die Diele beginnt, sich im Uhrzeigersinn um einen festen Drehpunkt nach rechts zu drehen, spüren Sie eine Zunahme der Normalkraft von unten.Genauso wie reguläre Bewegung relativ ist, wenn Sie für alle um Sie herum (Planet Erde) stationär sind und ein Auto gegen Sie knallt, werden Sie sagen, dass es das Auto war, das sich bewegte, und nicht, dass Sie sich auf das Auto zubewegen.Die kleine Person auf dem rosa Fleck beginnt auch stationär um sie herum (den Kreis), also musste ich das nur vermitteln.
@Will vielleicht ist es verwirrend, und vielleicht haben Sie einige Ratschläge, wie Sie es beheben können?Ich würde es sehr schätzen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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