¿Cómo puede la Tierra seguir girando con un núcleo líquido?

Question

En cuanto a que la "conservación del momento angular" es la explicación de por qué los objetos celestes giran...

Si se llena una bola o cualquier otro recipiente con un líquido y se intenta hacerla girar, no se verán más de 5 o 6 revoluciones debido a las pérdidas por fricción del líquido dentro del recipiente.

Lo descubrí por primera vez durante el almuerzo en la escuela primaria cuando intenté hacer girar mi cartón de leche lanzándolo al aire mientras le daba una "vuelta". En el mejor de los casos, sólo pude conseguir 3 rotaciones. Este mismo principio se puede observar cuando se hace girar un huevo crudo y un huevo duro sobre una mesa. El huevo cocido "sólido" girará, mientras que el crudo no lo hará.

Debido a mis primeras experiencias con los cartones de leche y los huevos, en algún momento de los años transcurridos me resultó difícil creer en algunos de los "hechos" aceptados sobre nuestro planeta:

Así que esta es mi pregunta: Si la edad de la tierra es de 4,5 BILLONES de años, ¿cómo puede estar girando libremente en el espacio con un núcleo líquido o semilíquido durante ese tiempo?

Si se combinan los efectos del núcleo líquido con los efectos de los océanos líquidos y una atmósfera gaseosa, todos los cuales crean resistencia a la rotación, estas pérdidas por fricción habrían detenido cualquier rotación hace mucho tiempo.

Si la tierra tuviera un núcleo sólido, podría entenderlo...

Si la Tierra tuviera menos de 4.500 millones de años podría entenderlo...

Pero dada la edad aceptada de 4.500 millones de años con un núcleo líquido y una cubierta exterior fluida, ¡digo que hay una mosca en la pomada en alguna parte!

Answer 1

Tu intuición sobre los fluidos giratorios es errónea por un par de razones.

1. El momento angular se conserva, por lo que un sistema aislado de cualquier forma seguirá girando a menos que tenga una forma de transferir ese momento a otro lugar. Si haces girar un huevo levitando en el vacío, girará para siempre.

2. Cuantas más protuberancias, defectos o características no esféricas tenga su contenedor más rápido podrá transferir el momento angular del fluido al contenedor contenedor, y luego del contenedor al medio ambiente. La Tierra tiene estas características, pero son muy, muy pequeñas comparadas con el tamaño total (esférico y liso) del planeta.

3. La mayoría de los envases que has girado probablemente han hecho que tu cerebro sobreestimar la cantidad de momento angular que tienen cuando los haces girar porque no consigues que todo el líquido gire. Cuando Cuando giras un recipiente, el momento se transfiere desde la interfaz entre el fluido y el contenedor de manera bastante ineficiente. Se necesitan un montón de revoluciones para que todo se "ponga al día". La Tierra, además de haber estado "acelerada" desde el principio, al haberse consolidado a partir de un volumen de polvo y gas que ya giraba, también está girando de forma aislada, según el número 1 anterior.

El Exploratorium de San Francisco tiene una gran demostración de un fluido que gira en un recipiente esférico llamado Orbe turbulento :

Su descripción:

El Orbe Turbulento es una gran esfera de policarbonato llena de un líquido especial, coloreado, para visualizar el flujo. La esfera está montada sobre un pedestal y puede girar en cualquier dirección y a diferentes velocidades. El fluido de la esfera muestra remolinos y ondas de movimientos internos del fluido producidos por las acciones de los visitantes. La turbulencia del fluido en la esfera recuerda a los flujos turbulentos que se producen en las atmósferas planetarias. Esta exposición muestra la complejidad del movimiento de los fluidos que puede producirse en circunstancias muy simples.

Mi experiencia jugando con la exposición es que hay que hacer girar la esfera exterior decenas de veces antes de que todo el fluido que contiene se mueva uniformemente. Una vez que lo haces, el fluido de su interior sigue girando durante bastante tiempo. Debido a que el fluido tiene un aditivo nacarado, incluso puedes encontrar pruebas de que la parte central del fluido sigue girando más rápido que el fluido exterior (que se ralentiza más rápido debido a la fricción con la cáscara estacionaria). Si primero haces girar el orbe en una dirección y luego dejas que el fluido exterior se ralentice un poco, y luego lo haces girar en la dirección opuesta, verás que se forman vórtices con ejes tangentes a la esfera exterior. No se obtiene este efecto si se empieza a girar cuando el fluido está inmóvil.

Answer 2

En tu comparación con los huevos crudos y los cartones de leche, los objetos (y el líquido) de su interior ya están en reposo y aplicas energía para hacerlos girar. Sin embargo, toda la Tierra ya está girando con pares externos comparativamente pequeños que intentan frenarla. Volviendo a tu ejemplo, una vez que consigues que los huevos giren e intentas detenerlos, seguirán girando, ya que el líquido de su interior ya está girando y tú estás intentando oponerte a su movimiento. La conservación del momento se aplica tanto a los objetos inmóviles como a los que giran (es decir, se requiere un par externo para cambiar su momento angular).

Answer 3

En realidad, las pruebas sísmicas indican que El núcleo líquido de la Tierra gira un poco más rápido que la corteza . Esto se debe probablemente a que los efectos de ralentización de la rotación de las mareas con la luna actúan con más fuerza en la superficie que en el núcleo.

Júpiter, los demás planetas gigantes gaseosos y el Sol son totalmente fluidos, tienen aproximadamente la misma edad que la Tierra y giran. En realidad, todos los planetas gigantes gaseosos giran más rápido que la Tierra; por ejemplo, el día de Júpiter dura unas diez horas. El período de rotación del Sol es de aproximadamente un mes, pero el Sol es enorme.

Me temo que la intuición que has desarrollado haciendo girar objetos no esféricos en mesas de cocina que no giran no es apropiada para un objeto que gira uniformemente en el vacío.

Answer 4

El núcleo de la tierra ¡¡¡es sólido !!! ¡¡¡¡!!!!

Y otro

Corteza

La corteza es la capa fina y sólida más externa de la Tierra. La corteza es más fina bajo los océanos, con una media de sólo 5 kilómetros de espesor, y más gruesa bajo las grandes cordilleras. La corteza continental (la corteza que forma los continentes, por supuesto) tiene un grosor mucho más variable, pero su media es de unos 30-35 km. Bajo las grandes cordilleras, como el Himalaya o Sierra Nevada, la corteza alcanza un grosor de hasta 100 km.

Manto

La capa que se encuentra debajo de la corteza es el manto. El manto tiene más hierro y magnesio que la corteza, por lo que es más denso. La parte superior del manto es sólida y, junto con la corteza, forma la litosfera. La litosfera rocosa es frágil y puede fracturarse. En esta zona se producen los terremotos. Es la litosfera la que se rompe en las gruesas placas de roca en movimiento que los geólogos llaman placas tectónicas.

A medida que descendemos en la Tierra la temperatura aumenta y llegamos a una parte del manto que está parcialmente fundida, la astenosfera. A medida que la roca se calienta, se vuelve flexible o "plástica". Aquí la roca está lo suficientemente caliente como para plegarse, estirarse, comprimirse y fluir muy lentamente sin fracturarse. Piensa en el comportamiento de Silly Putty® y tendrás la idea general. Las placas, formadas por la roca relativamente ligera y rígida de la litosfera, en realidad "flotan" sobre la astenosfera, más densa y fluida.

Núcleo

En el centro de la Tierra se encuentra el núcleo superdenso. Con un diámetro de 3.486 kilómetros, ¡el núcleo es más grande que el planeta Marte! El núcleo de la Tierra está formado por dos capas distintas: una capa exterior líquida y un núcleo interior sólido. A diferencia de las capas exteriores de la Tierra, de composición rocosa, el núcleo está formado por una aleación metálica de hierro y níquel. Es difícil de imaginar, pero el núcleo es unas 5 veces más denso que la roca que pisamos en la superficie.

Así que no es un problema sencillo, salvo que suponiendo que la tierra pudiera verse como un cuerpo aislado el momento angular total, líquidos más sólidos, debería conservarse. Si no es así, debe ser debido a las interacciones gravitatorias con cuerpos externos.

Answer 5

Su experimento con huevos no representa con exactitud un planeta con núcleo líquido.

Cuando lanzas el huevo hacia arriba mientras le das una vuelta, en realidad estás dando una vuelta sólo a la cáscara. También arrastrará algo de líquido con él a través de la fricción, pero no todo y no a la misma velocidad. Por lo tanto, cuando lo sueltas, la carcasa gira rápidamente, parte del fluido gira lentamente y otra parte no gira en absoluto. Las partes que no giran frenan a las que sí lo hacen, y por eso no gira tan rápido.

Por cierto, los huevos no son realmente un fluido libre en su interior. El huevo es bastante viscoso, y además hay estructuras sólidas que fijan la yema en su lugar:

Para hacer este experimento correctamente, primero debes llenar una botella con agua y luego hacerla girar en tu mano para que el agua forme un vórtice. Una vez que lo haga, inmediatamente se lanza, mientras se le da a la botella un giro de la misma velocidad que el agua.

Un sistema aún más simple sería una esfera, dividida en dos mitades y conectada por un eje que gira libremente y que tiene cierta fricción. Por ejemplo, imaginemos que las dos mitades son de madera y el eje es metálico.

Se agarraba una de las mitades y se intentaba lanzarla dándole vueltas. Verás que cuando sale de tus manos, la parte de abajo empieza a frenar mientras la de arriba se acelera (dependiendo de cuánta fricción haya en el eje).

Para hacer el experimento del huevo correctamente, tendrías que colocar el huevo en algún aparato que lo haga girar durante varios minutos, el tiempo suficiente para que el líquido de su interior coincida con la rotación de la cáscara. Si lo lanzas entonces, verás que el huevo gira mucho mejor (e incluso puedes sentir la rotación del líquido cuando sostienes el huevo).

En cuanto a la Tierra, sigue girando a pesar de tener un núcleo fundido, porque cada molécula del líquido tiene su propio momento angular alrededor del centro de masa, por lo que ninguna de ellas se empuja entre sí. Bueno, algunas sí, pero en general, la mayoría de las moléculas quieren moverse más o menos a la misma velocidad alrededor de la misma familia de órbitas, a diferencia de la superficie que quiere moverse y las moléculas del líquido que quieren quedarse quietas.