¿Cómo es que sólo sentimos las fuerzas de contacto?

Question

Si estoy en un ascensor que se acelera hacia arriba, puedo percibir la aceleración porque siento la fuerza normal en mis pies. Si estoy en un ascensor en caída libre y puedo flotar de forma que ninguna de las paredes me toque, no sabré que estoy en caída libre.

Parece que en general sólo podemos sentir la influencia de una fuerza a través del contacto. ¿Por qué?

Answer 1

Es decir, también podemos sentir fuerzas sin contacto, sólo que normalmente no estamos en una buena situación para sentirlas. Por ejemplo, si estuviéramos sobre un buen espejo en una órbita "heliosincrónica" sobre una estrella, presumiblemente sentiríamos la fuerza de marea que nos estira. No hay nada mágico en el contacto por sí mismo .

¿Qué sientes?

Sientes la estimulación de tus fibras nerviosas, ¡por supuesto! ¿Pero qué las estimula? Bueno, tus tejidos y órganos tienen que estirarse o comprimirse, principalmente. Por lo tanto, eso significa que no puedes sentir una aceleración constante de cada parte de tu cuerpo, sino sólo cuando una parte de tu cuerpo está sintiendo alguna aceleración que otra parte no siente.

Las cuatro interacciones/fuerzas fundamentales

Hoy en día, los físicos se sienten bastante cómodos agrupando las interacciones del mundo en seis campos fundamentales que suelen agruparse arbitrariamente como cuatro "interacciones" fundamentales:

1. el campo de los gluones, o interacción nuclear fuerte mantiene a los protones pegados unos a otros;
2. los campos W y Z, o interacción nuclear débil describe la radiactividad;
3. el campo de los fotones o interacción electromagnética cubre todo lo demás a nivel atómico incluyendo toda la química y por qué no te caes al suelo;
4. el campo de Higgs, que es lo suficientemente sutil a nuestras temperaturas actuales como para que no nos refiramos a él como una interacción, principalmente da un poco de masa extra a algunas partículas.
5. el campo tensorial métrico, o interacción gravitacional , cubre las masas deformando el espacio para acercarse unas a otras; y

Todavía no están todos unificados en una teoría cohesiva. Hay tres problemas: (A) nuestra comprensión de 1-4 ha sido en términos de una "teoría cuántica de campos" llamada Modelo Estándar, pero no hemos sido capaces de generar una buena aproximación de teoría cuántica de campos para modelar la gravedad; (B) además, 2 y 3 resultan "unificarse" muy bien en una interacción "electrodébil" (y esta sutileza teórica es la forma en que descubrimos 4), pero hay demasiadas propuestas para trabajar 1 en esto para una gran "teoría unificada"; (C) nuestro modelo para 4 carece de una importante propiedad llamada "libertad asintótica" que nos permite extender el modelo a escalas de distancia arbitrariamente pequeñas; podemos arreglar esto, pero es ad-hoc y no nos da ninguna visión de la gravedad cuántica, que se predice que se vuelve importante a escalas de distancia pequeñas de todos modos.

Pero en cualquier caso, tenemos un mosaico de teorías que parece cubrir todos los experimentos conocidos, y resolver las tensiones entre las teorías para crear una "teoría del todo" es un problema de investigación abierto.

Eres una pequeña mancha electromagnética.

Así que apliquemos estos dos aspectos entre sí. Conocemos todas las cosas que pasan y sabemos lo que sientes, ¿qué tipo de cosa eres?

Lo primero es que no eres un átomo, ni siquiera una molécula, eres un mancha en el sentido de que tienes toneladas y toneladas de núcleos atómicos en ti. El material que contenemos tiene interacciones nucleares de vez en cuando, pero normalmente se trata de un efecto tan pequeño que, a excepción de, por ejemplo, la datación por radiocarbono cuando morimos y somos fosilizados, o si somos irradiados por la lluvia radiactiva, no nos preocupan las interacciones nucleares. Estas no te separan los miembros, ciertamente. Recuerde, estamos buscando aceleraciones de una parte del cuerpo con respecto a otra. (1) y (2) anteriores están fuera. Del mismo modo, la masa extra del campo de Higgs es importante pero nunca se siente como fuerza Así que (4) también está descartada.

Pero usted no es un gran mancha, desde el punto de vista de la gravedad que actúa a densidades similares a la de la materia en la Tierra. Desde el punto de vista de la gravedad, eres un pequeño mancha. No eres del tamaño de una luna, un planeta o una estrella. Esto es sólo un decir: la fuerza de marea a través de tu cuerpo es mayormente insignificante en el mundo cotidiano, la aceleración gravitacional acelera mayormente cada átomo de tu cuerpo de la misma manera. Por eso no se siente la gravedad. Tal vez algún día seamos capaces de generar una radiación gravitacional lo suficientemente fuerte como para poder sentirla, o acercarnos lo suficiente a una estrella (¿quizás una estrella de neutrones?) para hacernos sentir las fuerzas de marea. Pero no es fácil sentir esas cosas en Tierra .

En cambio, su biofísica está dominada por la bioquímica: es un pequeño electromagnético y la mayor parte de lo que consideras "tú", ocupando "espacio", son en realidad las funciones de onda de los electrones que unen los núcleos en los compuestos químicos que forman tus células y tú. Eso es lo que eres.

Y tengo una mala noticia para ti: hasta cierto punto, no tienes ningún cargo neto. La excepción puede ser cuando tienes algo de electricidad estática encima; a veces podemos ponerte los pelos de punta con eso. El problema ahí es que demasiada estática crea, bueno, estático -- chispas que saltan de ti al resto del mundo, que tampoco está muy cargado. Y tú necesito mucha de esa carga si quisiéramos lanzarte con el campo electromagnético.

Eso no es del todo cierto, porque también existe la radiación electromagnética. La radiación electromagnética es impresionante. Desgraciadamente, de nuevo: los fotones tienen una relación energía-momento de $c,$ que es un número enorme que significa que notas esa radiación como calor (o a veces daño al ADN para longitudes de onda menores que la luz azul) en lugar de como algo que te empuja. (Recuerdo vagamente haber calculado que aunque tuvieras un abrigo que reflejara el 99,99% de la luz no podría golpearte hacia atrás con un cañón de luz sin hervirte vivo. Es algo de esos órdenes de magnitud).

Así que, debido a nuestra pequeñez (gravitacional), nuestra hinchazón (nuclear) y nuestra carga eléctrica neutra, nuestra principal forma de estiramiento son las fuerzas de contacto electromagnéticas. Eso es todo lo que queda cuando se descartan "los campos EM estáticos a distancia, los campos EM dinámicos a distancia, la gravedad a distancia y las interacciones nucleares".

Answer 2

Cuando estás en caída libre en un ascensor en caída libre, tanto tú como el ascensor están acelerando a la misma velocidad ( $g$ ) y una no ejerce fuerza sobre la otra.

Pero cuando estás en un ascensor que acelera hacia arriba, experimentas una fuerza ascendente en tus pies (¡suponiendo que estés de pie!) porque tu cuerpo se resiste al movimiento debido a la segunda ley de Newton .