2 votos

¿Por qué definimos la aceleración como $\nabla_{v_X}v_X$ ?

Si $M$ es un colector liso y $X(t)$ es una curva parametrizada en ella, entonces en cada punto $X(t)$ podemos definir un vector tangente que se encuentra en $T_{X(t)}M$ . Todos estos vectores tangentes juntos forman un campo vectorial tangente (a esa curva) $v_X$ . La razón por la que esto se llama "velocidad" es intuitivamente clara para mí.

Pero realmente estoy luchando para intuitivamente entender por qué definimos la aceleración como $\nabla_{v_X}v_X$ . La única manera en que puedo conciliar esta definición de aceleración es la siguiente:

En general, si $Y,Z$ son dos campos vectoriales, entonces debo interpretar $\nabla_YZ$ como el cambio en $Z$ mientras me muevo por la curva $\gamma$ al que $Y$ es tangente (es decir, en cada punto $p$ , $Y(p)$ es el vector tangente a $\gamma(p)$ )?

¿Es correcta la interpretación anterior? ¿Debería entonces decir sobre $\nabla_{v_X}v_X$ que si $X(t)$ es la trayectoria de una partícula, entonces $\nabla_{v_X}v_X$ es el cambio en $v_X$ a medida que avanzo en esa trayectoria? Agradecería cualquier ayuda.

4voto

Nayan Seth Puntos 46

La interpretación es correcta. Intentaré añadir algunos comentarios. Si se compara con el cálculo vectorial habitual en el espacio plano, cuando uno tiene una curva $\vec{r}(t)$ la aceleración corresponde exactamente a la segunda derivada de la trayectoria o, alternativamente, a la derivada temporal de la velocidad, siendo aquí todo una curva de vectores en 3D (trayectoria, velocidad, aceleración)

En el espacio-tiempo la trayectoria es ahora una curva de 4 vectores y su derivada con respecto a su parámetro (que no es necesariamente $t$ ) te da inmediatamente los vectores tangentes en cada punto. El problema comienza con la segunda derivada en el espacio-tiempo curvo, ya que si se tomara ingenuamente la derivada temporal de la velocidad se podría acabar con objetos que no pertenecen al colector (esto es más fácil de representar en 2-dim mientras se viaja por la superficie de una esfera). Dado que somos seres que "viven" en el propio colector, la aceleración que observamos debe ser un vector en nuestro colector (en la esfera en el ejemplo de 2-dim), así que lo que se hace es proyectar esta derivada temporal ingenua sobre el colector, esto es exactamente la derivada covariante.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X