¿Es la gravedad una fuerza y, de ser así, cuál es su opuesto?

Question

1. ¿Para cada fuerza hay una fuerza igual en dirección opuesta en otro cuerpo, verdad?

2. Entonces, cuando la gravedad del Sol actúa sobre la Tierra, ¿dónde está la fuerza opuesta e igual?

3. También tengo la misma pregunta para la fuerza centrípeta en la órbita de un planeta.

Answer 1

Como muchos otros dijeron, el Sol siente la misma fuerza hacia la Tierra que la Tierra siente hacia el sol. Esa es tu fuerza igual y opuesta. En la práctica, sin embargo, los efectos "visibles" de una fuerza se pueden deducir a través de la primera ley de Newton, es decir, ${\bf F} = m{\bf a}$. En otras palabras, debes dividir la fuerza por la masa del cuerpo para determinar el efecto neto sobre el cuerpo en sí.

Entonces:

${\bf F_s} = {\bf F_e}$

${\bf F_s} = m_s {\bf a_s}$

${\bf F_e} = m_e {\bf a_e}$

por lo tanto,

$m_s {\bf a_s} = m_e {\bf a_e}$

y

${\bf a_s} = {\bf a_s} \frac{m_e}{m_s}$

Ahora, el último término es $3 \cdot 10^{-6}$! ¡Esto significa que la fuerza que la Tierra ejerce sobre el sol básicamente no está haciendo nada al sol.

Otra forma de ver esto:

$F = \frac{G m_s m_e}{r^2}$

$a_s = \frac{F}{m_s} = \frac{G m_e}{r^2}$

$a_e = \frac{F}{m_e} = \frac{G m_s}{r^2}$

$\frac{a_s}{a_e} = \frac{m_e}{m_s} = 3 \cdot 10^{-6}$

Nuevamente, la misma gran diferencia en efecto.

Respecto a la fuerza centrípeta, sigue siendo la misma fuerza. La gravedad proporciona una fuerza centrípeta que es lo que mantiene a la Tierra en órbita.

Nota

Vale la pena señalar que la masa que actúa como la carga para la gravedad, conocida como masa gravitacional, no es, a priori, la misma masa que aparece en la ley de Newton, conocida como masa inercial. Por otro lado, es un hecho de la naturaleza que tienen el mismo valor, y como tal podemos usar un solo símbolo $m$, en lugar de dos, $m_i$ y $m_g$. Esta es una suposición subyacente, no dicha, en la derivación anterior. Esto se conoce como el principio de equivalencia débil.

Answer 2

¡Lo contrario es que la Tierra atrae al sol con la misma fuerza exacta!
Pensando en pequeño, la Tierra te atrae a ti y tú atraes a la Tierra con fuerzas que son iguales en magnitud y dirección, pero de sentido opuesto. Por supuesto, según la segunda ley de Newton, esa misma fuerza tendrá un efecto mucho mayor en ti que en la Tierra. ¡Lo mismo se aplica a la combinación Tierra+Sol!

Answer 3

La Tierra siente una fuerza hacia el sol. El sol siente una fuerza "igual y opuesta" hacia la Tierra. De hecho, la Tierra no rota alrededor del sol; en su lugar, el sol y la Tierra (si solo consideras esos dos cuerpos) orbitan alrededor de su centro de masas.

Answer 4

El mantra, "la gravedad no es una fuerza"

Según la Relatividad General (o más bien, al menos según la interpretación de la GenRel por los einstenianos), la gravedad no es una fuerza. Este parece haber sido el punto de vista de Einstein. Las otras respuestas también son correctas: dentro de un marco newtoniano. Pero incluso algunos físicos siempre han encontrado confusas las opiniones fundamentales de Newton sobre la fuerza, y muchos consideran que la GenRel ha aclarado esto. Yo mismo soy editor de wikipedia, por lo que sé lo poco que se puede confiar en cualquier tema que realmente importe a las personas, pero aquí va una referencia y pensé que este mantra no era controvertido...enciclopedia de los seguidores de von Hayek

La fuerza es una noción clásica

"En la base de la mecánica clásica está la noción de que el movimiento de un cuerpo puede describirse como una combinación de movimiento libre (o inercial) y desviaciones de este movimiento libre. Tales desviaciones son causadas por fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo de acuerdo con la segunda ley de Newton del movimiento". El punto es tener una noción física de fuerza, no solo un constructo matemático.

Contraste con la Relatividad General

"no hay fuerza gravitacional que desvíe a los objetos de sus trayectorias naturales rectas. En cambio, la gravedad corresponde a cambios en las propiedades del espacio y el tiempo, lo que a su vez cambia las trayectorias más rectas que los objetos seguirán naturalmente." Cualquier cosa física debe tener una formulación matemática covariante...las formulaciones matemáticas que no son covariantes no son físicas. Todo son ondas y una teoría de campo local. Por lo tanto, no es necesario buscar la fuerza opuesta...

En resumen

Todas las respuestas anteriores también son correctas, desde el punto de vista newtoniano que asume que la gravedad es una fuerza y luego deduce qué debe estar sucediendo, si es una fuerza. Y para muchos propósitos prácticos, tales análisis son útiles. Pero leyendo tu pregunta de manera muy literal, estás preguntando si la gravedad es una fuerza, y técnicamente, la respuesta es no.

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referencias como código fuente de este foro

Si algo no es controvertido, como la regla de la cadena, no son necesarias las referencias. Pero si algo es controvertido, u original, es momento de sacar las referencias. Por ahora, gracias a Ron, veo que este mantra está siendo controvertido por algunas personas, así que he proporcionado referencias. Y aquí hay una referencia a la idea de proporcionar referencias meta-discusión sobre stack exchange

Answer 5

Solo una advertencia que se omite en las respuestas anteriores:

La tercera ley de Newton solo es aproximadamente cierta. Si un sistema emite radiación (ya sea electromagnética o gravitatoria), entonces el momento neto del sistema puede cambiar, y descubrirás que $F_{12} \neq F_{21}$ si la radiación no es uniforme en todas direcciones. La razón de esto es bastante simple: la radiación lleva energía y momento lejos del sistema.

Para la Tierra y el sol, esto realmente no importa mucho, porque la radiación gravitatoria del sistema es tan cercana a cero que ni siquiera sabríamos por dónde empezar a buscar el efecto.

Pero para cosas como colisiones de agujeros negros, el efecto puede volverse muy significativo. Dos agujeros negros orbitando con velocidad de centro de masa cero pueden terminar con más que la velocidad de escape necesaria para salir del centro de la galaxia, por ejemplo.