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¿Qué sucede cuando un coche comienza a moverse? El último momento en que el coche está en reposo frente al primer momento en que el coche se mueve

Imagina un coche que está en reposo y luego comienza a moverse. Considera estos dos momentos:

  1. El último momento en que el coche está en reposo.
  2. El primer momento en que el coche se mueve.

La pregunta es: ¿qué sucede entre estos 2 momentos? Puede sonar como una pregunta tonta y probablemente lo sea: mi profesor de física nos hizo esta pregunta hace años y nunca nos dio la respuesta. Aparentemente la respuesta "los 2 momentos coinciden" no era una respuesta válida.

Recientemente supe que falleció, por lo que nunca sabré si solo nos estaba tomando el pelo o si era una pregunta razonable. ¿Sabes cuál podría ser la respuesta?

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user243088 Puntos 26

Seguramente, para definir algo como en movimiento, deben haber $2$ lugares en $2$ tiempos. Todo el concepto de movimiento es un traslado desde el lugar $X$ hacia el lugar $Y$.

Si se mide un objeto solo en un momento, $t_1$, entonces no se puede saber si está en movimiento o no. No hay velocidad, porque $$\text{velocidad} = \frac{\text{distancia}}{\text{tiempo}},$$ y la distancia requiere dos lugares, $\mathrm{P_1}$ y $\mathrm{P_2}$

¿O me he perdido de algo?

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Russell McMahon Puntos 1022

Para que un objeto esté en reposo, uno debe estar haciendo referencia a algún marco de referencia.
Un auto puede estar estacionario frente a ti mientras gira alrededor del eje de la Tierra una vez al día sidéreo, orbitando alrededor del sol una vez al año, y orbitando el centro galáctico. Todo esto puede ser ignorado eligiendo un marco de referencia donde la ubicación del auto en relación contigo con el tiempo permanezca fija.

Si ignoramos la mecánica no newtoniana, y es razonablemente seguro asumir que tu profesor no pretendía invocar la relatividad, entonces.

Cambio de velocidad = aceleración x tiempo.

Si tratas el paso del tiempo como lineal y continuo, entonces NO hay periodo de tiempo entre estar estacionario y moverse. Si el profesor no aceptó esa respuesta, entonces vienen a la mente dos alternativas. Habrá otras. TODAS serán algo pedantes, pero todas ayudarán a expandir tus procesos de pensamiento :-).

El tiempo es cuantizado para propósitos prácticos. El periodo de tiempo más corto que 'existe' es Tiempo de Planck = 5.39E-34 segundo. Durante este periodo bastante pequeño, si se aplica fuerza pura uniformemente a un "auto ideal" entonces el estado de movimiento del auto no puede ser determinado hasta que haya transcurrido 1 Tiempo de Planck.
Ten en cuenta que esta es una respuesta simplista y un tanto estúpida pero PUEDE ser lo que él tenía en mente.

Esto nos lleva a otra alternativa.
Mencioné un "auto ideal". Son difíciles de encontrar.
Un auto no ideal es compresible, y tiene masa distribuida. Las fuerzas aplicadas sobre él por la gravedad y el sistema de propulsión y la fricción reactiva, la adherencia, la aerodinámica una vez que alguna parte de él comienza a "moverse" y más significará que, cuando se observe de cerca a velocidades de cuadro muy altas, "se balanceará" hacia el movimiento. Pasará de estar mejor descrito como estacionario a estar mejor descrito como en movimiento. No hay un límite absoluto cierto si insistes en mirar y medir lo suficientemente de cerca.
En la práctica, una inspección tan precisa rara vez tiene valor, y podemos decir, por ejemplo, "cuando las ruedas comienzan a moverse perceptiblemente" que está en movimiento.

Esto también es solo posiblemente lo que tu profesor tenía en mente, pero ha logrado el objetivo deseado de hacerte pensar.
Y también hacernos pensar a nosotros.
¡Tu profesor habría estado satisfecho :-).

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SemperAmbroscus Puntos 131

Creo que la respuesta se llama "arranque", probablemente medido en milisegundos. Cuando un automóvil se encuentra en una superficie nivelada, existen varios espacios libres entre engranajes, juntas universales y estrías entre la transmisión diferencial y los ejes impulsados ​​del vehículo. El cigüeñal necesita dar una vuelta parcial para recoger la holgura antes de que las ruedas comiencen a girar. Además, el par aplicado al eje de transmisión y otros ejes en el tren de potencia agrega otro grado más a la rotación del cigüeñal para hacer que el vehículo comience a moverse.

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lynell ingram Puntos 11

La pregunta puede ser respondida de muchas maneras, y estoy seguro de que el profesor no buscaba una respuesta "correcta" sino ver cómo respondías a ella. Creo que esperaba que desafiases la pregunta y que esto llevara a una discusión sobre la importancia de definiciones precisas. Lo más importante para él podría haber sido que la causa y el efecto nunca son simultáneos, y que el pensamiento en sí mismo podría ser explorado en muchos niveles, como se ha demostrado en varias respuestas.

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KDP Puntos 239

Aparentemente la respuesta "los 2 momentos coinciden" no era una respuesta válida.

Vamos a considerar el evento ($x_0, t_0$) cuando el auto estuvo por última vez estacionado y ($x_1, t_1$) cuando el auto comenzó a moverse. Si $t_1 = t_0$ y $x1>x_0$ entonces tenemos $v = \delta x/\delta t = \infty$ lo cual viola la relatividad especial. Si $x1=x_0$ entonces tenemos $v = \delta x/\delta t = 0/0$ lo cual es indeterminado, pero también implica que el evento ($x_0, t_0$) es el mismo que el evento ($x_1, t_1$) y que son de hecho el mismo evento y que no ha ocurrido ningún movimiento. Quizás esto es a lo que tu profesor se refería cuando dijo ""los 2 momentos coinciden" no es una respuesta válida. Esta situación paradójica surge si consideramos que el tiempo y el espacio son infinitamente divisibles.

El cálculo nos dice que podemos asignar un valor exacto de velocidad a un instante exacto de tiempo. Eso significa que podemos atribuir una velocidad de cero en el instante cero y un valor de velocidad no nulo en un instante posterior. Decir que hay un intervalo de cero entre el tiempo cero y el siguiente instante implica que la velocidad en el tiempo cero es tanto cero como no cero, lo cual es ilógico. Si asumimos un tiempo $t_1$ que es el tiempo más pequeño mayor que $t_0$, siempre podemos dividir a la mitad ese valor y encontrar un tiempo más pequeño. Supongamos que en algún pequeño tiempo finito, el intervalo de tiempo $\delta t_n$ es descrito por alguna fracción $\frac1{2^{n}}$, donde n es un entero. A medida que n tiende a infinito, el intervalo tiende a cero, pero implícito en esta suposición está que podemos llegar a infinito duplicando continuamente un número, lo cual por supuesto es absurdo.

En la realidad física, una explicación es el principio de incertidumbre de Heisenberg. Este principio nos dice que mientras más certeros estemos acerca del momento de una partícula, menos certeros podemos ser acerca de su posición y viceversa. Esto significa que si estamos absolutamente seguros de que una partícula está estacionaria, tenemos una gran incertidumbre en la posición de la partícula en el momento cero y si estamos absolutamente seguros de la posición de una partícula en el momento cero tenemos una gran incertidumbre en su velocidad. Esto hace imposible decir que una partícula está estacionaria en un instante exacto, por lo que la pregunta en el título se vuelve casi imposible de definir.

Casi todas las paradojas atribuidas a Zenón se basan en lo que sucedería si asumimos que el espacio y el tiempo son infinitamente divisibles. La paradoja de Aquiles y la tortuga y la paradoja de la dicotomía (y la pregunta del OP) pueden reducirse a si la suma infinita $$\frac12 +\frac14+\frac18+\frac1{16}+ ...$$ es igual a 1. Casi universalmente, la interpretación moderna es que la suma infinita es exactamente igual a uno. Se puede mostrar que para una serie finita de términos la suma se puede escribir como:

$$ S_n = 1 +\frac{1}{2^{n}}$$

Para $n = \infty$ obtenemos:

$$ S_{\infty} = 1 +\frac{1}{2^{\infty}} $$

y a medida que n se acerca a infinito, el término $ \frac{1}{2^{\infty}} $ se acerca a 0 y así $S_n$ se acerca a 1.

¿Es esto lo mismo que decir que la brecha entre uno y el término anterior es exactamente cero y $S_n$ es exactamente uno?

El concepto de números surreales sostenía lo contrario. El artículo de Wikipedia dice (paráfrasis) que los números infinitesimales son más pequeños en valor absoluto que cualquier número real positivo. En otras palabras, hay un número surreal ($1/\infty$) entre el número real más pequeño y cero y por lo tanto la brecha entre el número real más pequeño y cero no es cero y básicamente esta es la respuesta a '¿Qué sucede entre el último momento en que el auto está en reposo y el primer momento en que se mueve?'. Además, hay que tener en cuenta que en el conjunto de números surreales, el número $1/\infty$ no es igual a cero. De hecho, en un este video de Numberphile, Donald Knuth afirma que hay un número infinito de números surreales entre dos números reales, ¡pero qué sabe él!

¿Deberíamos descartar los números surreales de plano? Después de todo, ¿cómo podemos discutir lo que está entre el número real positivo más pequeño y cero si no podemos definir cuál es el número real positivo más pequeño? Sea lo que sea que definamos, siempre podemos dividirlo nuevamente a la mitad y encontrar un número real más pequeño. Si quisiera ser problemático, podría decir, primero dime cuál es el número real positivo más pequeño, antes de discutir qué hay entre el número real positivo más pequeño y cero.

Podemos notar que todas las paradojas de Zenón que involucran movimiento o tiempo, por ejemplo, la paradoja de Aquiles y la tortuga, la paradoja de la dicotomía o incluso la paradoja de la flecha, pueden resolverse si asumimos que hay una unidad discreta de tiempo mínima indivisible, posiblemente mucho más pequeña que el intervalo de Planck. Desafortunadamente no podemos investigar hasta ese nivel y por lo tanto no hay ninguna medición que podamos realizar para respaldar o refutar esa idea.

Desafortunadamente no puedo proporcionar una respuesta definitiva al OP y mi creencia personal es que no hay una respuesta definitiva, pero debo enfatizar que la respuesta mayoritariamente aceptada es que hay una respuesta definitiva a la pregunta del OP (y las paradojas de Zenón) que se basa en la premisa de que la suma infinita 1/2+1/4+1/8+1/16+... es exactamente igual a 1 y que $1/\infty$ es exactamente igual a cero, pero para mí, esto implica que la brecha entre el número real más pequeño y cero es exactamente cero. Para mí, el problema no está claro.

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