¿Qué es lo que hace que un objeto giratorio gire eternamente sin fuerza externa: la inercia, o algo más?

Question

Alguien me dijo que no es inercia, pero yo creo que es inercia, porque girará siempre. A mi entender, la inercia es el movimiento constante de un objeto sin fuerza externa. ¿Me equivoco?

Answer 1

¿Es por inercia que un objeto en rotación girará eternamente sin fuerza externa? Alguien me dijo que eso no es inercia [...]

Bueno, más o menos: es algo correcto decir que es inercia, y algo correcto decir que no lo es. Hay que ser preciso con el lenguaje. Pero hay algo de verdad en lo que te han dicho.

"Inercia" se refiere generalmente a la tendencia de los objetos a seguir moviéndose en línea recta con una velocidad fija a menos que se les aplique una fuerza externa. Es básicamente una sola palabra que resume la primera ley del movimiento de Newton. Es una ley muy fundamental de la naturaleza, y en cierto nivel, nadie sabe realmente por qué es verdad .

Las diferentes partes del objeto en rotación no se mueven en línea recta y no es que no actúen fuerzas sobre ellas. Así que hay algo más que la inercia en juego.

Lo que ocurre con un cuerpo rígido en rotación es que cada pieza del cuerpo "quiere" mantener su velocidad fija según la ley de la inercia, pero la rigidez del cuerpo se lo impide (ya que las piezas del cuerpo tienen vectores de velocidad diferentes, por lo que con velocidades fijas saldrían todas volando en direcciones diferentes). A nivel microscópico, cada pieza del cuerpo está aplicando fuerzas a las piezas adyacentes. Esas fuerzas hacen que las piezas adyacentes cambiar su velocidad, según la regla de Newton segundo ley del movimiento. El resultado final de este complicado proceso es sorprendentemente sencillo: el cuerpo gira. Pero la causa subyacente es más que la inercia.

Ahora, dije que también es algo correcto decir que es inercia que hace que los cuerpos sigan girando. Esto se debe a que también existe un análogo rotacional de la inercia que, en el lenguaje informal de los físicos, podría seguir llamándose "inercia" (aunque llamarlo inercia rotacional es más apropiado, y también se describirá comúnmente bajo los términos "momento de inercia" o "conservación del momento angular", o incluso términos más elegantes como "simetría rotacional del espacio + teorema de Noether", aunque cada uno de estos términos describe algo un poco más complicado que sólo la inercia rotacional). Esta inercia rotacional es la tendencia de los cuerpos rígidos en rotación a seguir girando a una velocidad angular fija en su marco de centro de masa, a menos que un par de torsión se les aplica.

La inercia rotacional difiere de la inercia "lineal" ordinaria en que es una derivado principio: se puede derivar matemáticamente de las leyes del movimiento de Newton, por lo que en ese sentido tiene (en mi opinión) un estatus ligeramente menos fundamental entre las leyes de la física. Los cuerpos rígidos no "quieren" seguir girando en el mismo sentido fundamental en que las partículas "quieren" seguir moviéndose en línea recta con una velocidad fija: acaban girando, pero es debido a un proceso que entendemos bien y que podemos analizar matemáticamente (a partir de las leyes de Newton), y no a un misterioso fenómeno natural que observamos experimentalmente y aceptamos como axioma sin poder decir mucho más sobre por qué es cierto.

Answer 2

En su forma más básica, un objeto girará eternamente por la sencilla razón de que no existe una dirección preferente en el espacio.

Teorema de Emmy Noether de 1918 explica cómo surgen varias leyes de conservación a partir de simetrías diferenciables. Es un teorema matemático, no una teoría física. Debido a esta certeza matemática, es uno de los teoremas más importantes de la física.

El teorema de Noether explica cómo se requiere la conservación del momento angular (rotación) en el supuesto de que la rotación no cambia las leyes de la física. Del mismo modo, la energía se conserva si el tiempo no cambia las leyes, y la conservación del momento lineal se debe a la ausencia de un lugar preferido.

Como siempre se ha observado que estos supuestos se cumplen, esto proporciona una prueba muy sólida de las conclusiones (las leyes de conservación).

Answer 3

Como dijo Newton con su 1ª ley, un objeto sin una fuerza que actúe sobre él seguirá moviéndose con la misma velocidad y dirección. Esto también se conoce como la ley de la inercia. La inercia es la tendencia de un objeto a resistir la aceleración. Esto se debe a que no hay ninguna fuerza que actúe sobre él para afectar a la aceleración.

Para el movimiento de rotación, la versión de esto es el momento de inercia, que es similar, pero sobre la tendencia a resistir la aceleración angular.

Así que es la inercia (el momento de inercia si la rotación). Se mantiene girando a una frecuencia angular constante ya que resiste un posible cambio de la nada.

Answer 4

Los objetos masivos giran debido a la gravedad. Giro intrínseco (giro natural) que es una función de la masa y la densidad del planeta.

"Si la energía que crea el movimiento forma parte del sistema y no se aplica externamente, entonces girará indefinidamente".

La velocidad angular gravitacional (VAG) es una propiedad intrínseca de un planeta o de un objeto muy masivo en el que se nota la influencia de la gravedad. No hay que confundirla con la rotación artificial, como hacer girar una pelota, hacer girar un fidget spinner o cualquier tipo de rotación no relacionada con la gravedad.

GAV[propiedad intrínseca] = f(masa, densidad)

Hay otras fuerzas de la naturaleza que pueden contribuir a ralentizar o acelerar la rotación de un planeta, como los terremotos, el impacto de un meteorito, el bloqueo de las mareas, etc., y estos acontecimientos pueden considerarse como perturbaciones muy pequeñas del sistema.

Una vez establecida la relación, se puede derivar lo siguiente.

Densidad de energía rotacional (E/V): en función de la "masa y la densidad" y como entrada al tensor de tensión-energía

Momento angular (J) - en función de la "masa y la densidad" y en función de la métrica de Kerr

Siga el enlace:

ROTACIÓN PLANETARIA (SPIN)