¿Es correcto decir que es teóricamente imposible que existan cuerpos rígidos perfectos?

Question

Si existieran cuerpos rígidos perfectos, considere un escenario en el que dos cuerpos rígidos de igual masa que se mueven con velocidades de igual magnitud pero de dirección opuesta chocan entre sí. Durante la colisión, las velocidades de ambas masas disminuirán y llegarán a cero para ambos cuerpos (ya que la energía cinética neta es cero). Como los cuerpos son rígidos, no habrá compresión que almacene la energía cinética, lo que aceleraría aún más los cuerpos en direcciones opuestas (como en el caso de una colisión elástica normal). ¿Es correcto decir que la existencia de cuerpos rígidos perfectos violaría la conservación de la energía, y por tanto no pueden existir?

Answer 1

Hay una buena respuesta de @mmesser314 y @quantumwiz Me gustaría añadir una nota interesante a la lista de violaciones de las leyes de la física.

El cuerpo de tu ejemplo debería, en nuestro universo, estar hecho de quarks y electrones, construyendo protones, neutrones y átomos y, finalmente, las moléculas que construyen tus objetos. Estos están unidos por la fuerza fuerte y la fuerza electromagnética, incluyendo los enlaces covalentes que sostienen el objeto y le dan su supuesta rigidez final. Ahora bien, estas fuerzas son fuertes, pero no infinitamente fuertes, porque resulta que vivimos en un universo en el que se mantiene la conservación de las leyes (verificado según nuestros experimentos). Ahora bien, si estas fuerzas no son infinitamente fuertes, si se aplica suficiente energía (se calienta, etc.), primero los enlaces covalentes entre las moléculas del objeto cambiarán (se romperán), y el objeto tendrá que perder su rigidez.

Tener un objeto perfectamente rígido no sólo violaría, como se ve en las otras respuestas, la causalidad y la SR (transferencia de información más rápida que la velocidad de la luz), sino que tendría que violar las leyes de la mecánica cuántica que incluyen el gobierno de los enlaces covalentes, por no hablar de la fuerza fuerte y la fuerza EM (tal como la entendemos) en todos.

Resulta que vivimos en un mundo en el que el universo dicta que las reglas son, en última instancia, mecánicas cuánticas, y estas leyes son incompatibles (desde los mismos cimientos) con un cuerpo perfectamente rígido.

Answer 2

Si existieran cuerpos rígidos perfectos, habría una presión infinita que actuaría sobre una mesa plana rígida perfecta cuando se colocara una bola rígida perfecta sobre ella. El área de la superficie de contacto es cero. $$p = \frac{W}{0} = \infty$$

Answer 3

¿Es correcto decir que la existencia de cuerpos rígidos perfectos violaría la conservación de la energía, y por lo tanto no pueden existir?

Creo que esa conclusión no se puede ahogar. Para un cuerpo rígido perfecto de masa $m$ la conservación del impulso $$m v_{1}+m v_{2}=0~\implies~v_{2}=-v_{1} \tag{1}$$ y las leyes de conservación de la energía $$\frac{1}{2}m v_{1}^2+\frac{1}{2}m v_{2}^2=E=const.=m v_{1}^2 \tag{2}.$$ se cumplen en todo momento.

La existencia de cuerpos rígidos perfectos es otra cuestión que ya ha sido respondida por otros aquí. Un cuerpo rígido perfecto, o un fluido perfecto, es una idealización (caso límite) para velocidades bajas en comparación con las de la luz o el sonido, respectivamente.

Answer 4

Violaría las leyes de conservación de la energía, así que no, pero en este punto tendría que ser un ejercicio de pensamiento solo. El diamante, siendo nuestra estructura más dura conocida hasta la fecha en su forma lineal más fuerte, tendría que ser el medio, así que claramente sería un no. Toda la gimnasia mental y los ejercicios también han dado la misma respuesta teniendo que suponer que sólo es posible en un único "marco congelado" con otras propiedades violatorias como el intercambio instantáneo de información que tiene que existir simultáneamente. Tal vez en el futuro, pero en este momento de nuestra evolución científica sería un no. Tal vez la rigidez de las partículas cuánticas subatómicas demuestre que su afirmación es correcta en el futuro, pero el coste por sí solo sería astronómico en comparación con la recompensa financiera, lo que lo haría insostenible y, por tanto, lo convertiría en un ejercicio inútil. Es un no de mi parte amigo tienes razón

Answer 5

¿Es correcto decir que es teóricamente imposible que existan cuerpos rígidos perfectos?

No, no es correcto decir eso.

Hay una taza de cerámica en mi mesa ahora mismo. Estoy seguro de que si la arrojo con suficiente fuerza contra una pared sólida, la taza se rompería (hasta el punto de que no habría taza de cerámica más). Sin embargo, esta certeza no me hace dudar de la existencia de tazas de cerámica en general o esta taza en particular. Y si en el futuro esta taza en concreto taza de cerámica se rompe, esto no significaría que se borrara de la existencia con carácter retroactivo, ni que otras tazas de cerámica dejaría de existir.

Del mismo modo, el argumento de OP, así como todas las respuestas que afirman que cuerpos rígidos perfectos no existen, debido a diversos escenarios que involucran a dichos cuerpos rígidos y que conducen a la violación de algunas leyes fundamentales, todos tienen la misma falacia. Cuando los cuerpos perfectamente rígidos se colocan en tales escenarios dejan de existir como cuerpos perfectamente rígidos en ese momento en ese lugar Pero esto no significa que los cuerpos perfectamente rígidos no hayan existido antes o no vayan a existir en el futuro o en otros lugares.

Así que para iterar:

• dos cuerpos perfectamente rígidos no chocan entre sí;
• no hay sonido en los cuerpos perfectamente rígidos;
• Un cuerpo perfectamente rígido no cambia su estado de rotación; etc.

No hay contradicciones en estas declaraciones.

Así que también podríamos concluir que los cuerpos perfectamente rígidos puede existen, no hay ninguna contradicción interna en la noción.