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¿Hasta qué punto es relativa la aceleración?

Me doy cuenta de que hay respuestas a mi pregunta en muchos lugares de Internet y en muchos lugares de este sitio, pero por lo que he visto, la mayoría de ellas o bien implican términos que desconozco o bien suponen que se puede utilizar una masa de prueba o un "acelerómetro", que creo que no se aplica en el caso que expongo a continuación (si es así, por favor, expliquen cómo funcionaría el acelerómetro). Después de lo que consideré suficiente tiempo tratando de entender varias explicaciones de internet, decidí hacer mi propia pregunta. Por favor, responda a la pregunta de manera que satisfaga la situación que se expone a continuación, y absténgase de hacer referencias a ecuaciones o dispositivos que yo, alguien que sólo ha cursado uno o dos años de física, no conocería bien.

Situación: Alguien se encuentra en un laboratorio cerrado en el que todas las partículas, incluidas las que componen el laboratorio, experimentan la misma fuerza constante. (No creo que sea necesario articular exactamente la causa de esa fuerza, pero si lo es, por favor, explique por qué).

Para aclarar: estoy buscando una explicación conceptual sobre la medida en que la aceleración es relativa. Me parece que, en la situación anterior, no hay forma de saber si se está acelerando, pero sigo leyendo que la aceleración de una masa no es relativa.

Mi problema con las respuestas que he visto es que a menudo no hablan en términos que yo entienda, y cuando lo hacen suelen ser insatisfactorias o se contradicen con otras respuestas. Por ejemplo, en esta pregunta: ¿La aceleración es relativa?

La primera respuesta no explica qué hay de malo en ver un marco de referencia acelerado.

La segunda respuesta se acerca a lo que estoy buscando, pero parece estar en desacuerdo con todo lo demás que he visto, y simplemente menciona la idea de "toda la masa del universo" sin explicar por qué eso importa.

El tercero parece tomarlo como un supuesto fundamental de las leyes de Newton. Para mí esto es insatisfactorio. Parece que se aplica que, para cualquier objeto, hay alguna aceleración real, pero puede que no haya forma de encontrar esa aceleración. Básicamente, el argumento parece puramente platónico. Espero que una suposición sin fundamento no sea todo lo que hay en la respuesta.

Un ejemplo de respuesta que no entiendo es la primera respuesta de esta pregunta: ¿Por qué la aceleración no es relativa en la relatividad general?

La respuesta habla de experimentos locales, que no creo que funcionen en la situación anterior, y luego pasa a hablar de la métrica de Minkowski, que me resulta completamente extraña.

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christo16 Puntos 2546

Su situación de ejemplo no tiene sentido. Si cada partícula en el laboratorio experimenta la misma fuerza, entonces cada partícula se acelerará a una velocidad diferente dependiendo de su masa. El laboratorio se destrozará.

Dejando de lado ese ejemplo, la velocidad es relativa al marco de referencia. Es la misma en todos los marcos que están en reposo uno respecto del otro.

Del mismo modo, la aceleración es relativa al marco de referencia. Es la misma en todos los marcos que se mueven con velocidad constante entre sí (lo que incluye estar en reposo).

Podríamos extender esto a la "sacudida", la tasa de cambio de la aceleración y todas las derivadas superiores de la posición. La "sacudida" es la misma en todos los marcos de referencia que se mueven con una aceleración constante entre sí.


Me parece que, en la situación anterior, no hay forma de saber si se está acelerando, pero sigo leyendo que la aceleración de una masa no es relativa.

Su escenario de ejemplo parece preguntar si es posible (en un laboratorio cerrado y sin ventanas) distinguir entre una aceleración uniforme en el espacio vacío y estar en reposo en un campo gravitatorio. Esto es El principio de equivalencia de Einstein . La respuesta es No, eso no es posible. Esos dos movimientos son equivalentes. Del mismo modo, no es posible distinguir entre la aceleración en caída libre en un campo gravitatorio y la aceleración cero en el espacio vacío.

Sin embargo, es posible distinguir entre dos magnitudes diferentes de aceleración en el espacio vacío, o estar en reposo en dos magnitudes diferentes de gravedad. Como explica Ben Crowell en un comentario a ¿Por qué la aceleración no es relativa en la relatividad general?

lo que la RG dice que es detectable es la aceleración relativa a un marco de referencia de caída libre.

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