La situación es la siguiente:
Estoy dentro de un vehículo (avión o coche, no importa) y necesito saber si el vehículo se mueve a una velocidad constante PERO no puedo percibir ningún cambio externo como cambios visuales, vibraciones, etc.
¿Cómo puedo saber si el vehículo está en movimiento? ¿Realmente puedo saberlo?
Pregunta adicional ¿Puedo conocer mi velocidad?
No se puede distinguir entre moverse con velocidad constante y quedarse quieto. Este es el principio de La relatividad galileana .
Es más general que la relatividad galileana, en realidad; se aplica también a la relatividad especial. (o cualquier otro tipo de relatividad que se te ocurra)
Sí, quiero decir, piénsalo. Cuando estás sentado dentro de un coche que está parado, sigues moviéndote (muy, muy, rápidamente) y no puedes distinguirlo en absoluto a menos que puedas ver las estrellas, el sol, etc. E incluso entonces vas a necesitar instrumentos precisos o esperar un rato... y incluso entonces no se sabe que no son sólo los cuerpos celestes los que se mueven, hasta que se hace un montón de pruebas matemáticas y se reinventa la astronomía.
Como una pregunta abstracta del tipo "pollos en el vacío", entonces no, la relatividad básica dice que no.
Pero eso no es muy divertido. ..
En primer lugar, ¿qué se entiende por velocidad? Si te refieres a la velocidad a lo largo de la superficie de la tierra, entonces tienes una oportunidad. Como la tierra es curva, siempre estás acelerando, y podrías medir la caída de g a medida que aceleras. Siempre y cuando no vayas tan rápido como para entrar en órbita... Por supuesto, hay una degeneración entre la velocidad y la altitud para esto.
Por supuesto. Si nos movemos en una línea recta verdadera es más fácil aún, ya que se moverá a través de la gravedad de la tierra al alejarse de la superficie. O se entierra debajo de ella.
Un método más práctico (que se utiliza realmente) sería el de la cuenta atrás. Si suponemos (¡o afirmamos!) que el vehículo estaba parado cuando te subiste, entonces puedes, en principio, detectar cada aceleración que haga el vehículo a partir de ese momento. La integración de estas aceleraciones nos dará la velocidad actual. Por supuesto, la precisión de este método disminuye con el tiempo, ya que los errores se acumulan.
Por último, si nuestro vehículo está basado en el suelo, una rareza de la ficción podría al menos decirnos si probablemente estamos en movimiento o inmóviles. La fricción entre superficies suele ser muy diferente para la fricción estática y la dinámica, siendo la estática más fuerte. Esto significa que cuando algo se desliza hasta detenerse (ya sea un trineo o unos discos de freno) casi siempre se sacude ligeramente al final, ya que la ficción estática es más fuerte. Esto se nota con frecuencia en los autobuses y trenes. Aunque un control cuidadoso puede minimizar la sacudida, si se observa con un acelerómetro sensible, se puede percibir un fuerte indicio de que se ha detenido.
Querías decir rareza de fRicción, por desgracia. Pensé que mostrarías cómo podríamos utilizar algún tropo de ficción común para averiguar una manera, como el de Pratchett "una de cada millón de posibilidades aparece nueve veces de cada diez" :-)
La relatividad general podría haber tenido menos éxito si hubiera afirmado que la gravedad es una fuerza de fricción.
En realidad, la relatividad especial establece que todos los marcos de referencia inerciales son equivalentes, por lo que no existe la velocidad absoluta.
No puedes preguntar "¿Cuál es mi velocidad?", esta pregunta no está bien formada. Puedes preguntar: "¿Cuál es mi velocidad en referencia a este objeto?", y de hecho todos los ejemplos de la "vida real" en los que se pregunta "¿Cuál es mi velocidad?" llevan implícito algún marco de referencia. La señal de tráfico que especifica que la velocidad máxima es de 50 km/h, en realidad especifica eso: "La velocidad máxima del coche en referencia a la superficie de la carretera es de 50 km/h".
En el caso de moverse en la tierra siempre se tiene un marco de referencia a mano (es decir: la tierra) y se puede medir:
Sin la Tierra como marco de referencia (o algún otro marco de referencia) esta pregunta no tiene respuesta. Esto se debe a que la relatividad especial postuló (¡y tenemos experimentos para ello!) que no hay un marco de referencia "especial" que "no se mueva".
Antes de Einstein se suponía que existe un medio especial llamado éter, que sería ese marco de referencia especial, y si este fuera el caso se podría medir siempre su velocidad en referencia al éter mediante sencillos experimentos físicos: https://en.wikipedia.org/wiki/Michelson%E2%80%93Morley_experiment .
Si tuvieras algún tipo de gravímetro se puede comprobar si el local $g$ estaban cambiando. Si es así, podría rechazar la idea de que es estacionario e inferir que la variación en $g$ se debe a que te mueves por diferentes partes de la Tierra. Sin embargo, esto requeriría que tu hipotético vehículo fuera bastante suave.
Es importante señalar que la situación inversa no es cierta: Una constante $g$ no implica necesariamente que esté inmóvil.
Tenga en cuenta que esto no no violar la relatividad galileana, ya que las leyes del movimiento siguen siendo las mismas; sólo estás detectando el campo gravitatorio que varía espacialmente al moverte a través de él.
Lamentablemente, no conozco una implementación de esto que detecte directamente la intensidad del campo. Todos parecen percibir la fuerza de G, que se vería compensada por el movimiento si estuviera en caída libre/órbita. (Y los giroscopios no funcionan para detectar la órbita si la nave gira exactamente en sentido contrario a su velocidad orbital).
@keshlam Creo que el paso por un campo gravitatorio desigual aparecería como ondas gravitatorias... así que en principio habría que buscar un detector de ondas gravitatorias muy sensible y portátil. Amazon no tiene ninguno en stock actualmente.
¿Viaja en el vacío? Si no es así, utilice un tubo pitot
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Puedes conocer tu aceleración, pero no tu velocidad.
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Bueno... si quieres saber la aceleración, prueba con un globo de helio. Si su ángulo de inclinación es $\theta$ entonces $g \tan \theta $ es la aceleración del coche.
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¿Puede utilizar un sensor de campo magnético o un receptor de radio? Estos se ocupan de los efectos externos, pero lo más probable es que se puedan detectar internamente.
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@Rohinb97: Eso es grande y complicado y tiene mucho retraso y no será tan preciso. Una masa unida con elementos sensibles a la presión es todo lo que necesitas y se puede hacer bastante pequeño, barato y bastante preciso (todos los teléfonos móviles tienen acelerómetro hoy en día).
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¿Conoce algunos condición inicial ? Es decir, ¿sabes que el vehículo estaba parado cuando lo abordaste y puedes mantener algún sensor (puramente interno) activo desde entonces?
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¿Se mueve el vehículo en línea recta? Si se mueve en círculo, se puede decir con seguridad que se está moviendo por la aceleración centrípeta que se produce.