La rotación de la tierra
Un péndulo que demuestra la rotación de la Tierra
Hace más de trescientos años, cuando Galileo fue juzgado por la Santa Sede y obligado a admitir la teoría geocéntrica, los registros muestran que Galileo Murmuró para sí mismo: "¡Pero la tierra todavía se mueve!" Es imposible verificar si Galileo dijo esta frase. Es lógico que sea más probable que esta frase sea inventada por generaciones posteriores. Es difícil imaginar que alguien escuchó a Galileo susurrar sus comentarios "heréticos" y los registró, sin mencionar que Galileo no estaba en su sano juicio en ese momento. La Biblia dice que la tierra no se mueve; ahora, hasta un estudiante de tercer grado de primaria sabe que la tierra gira y gira alrededor de sí misma. Entonces, una pregunta es: ¿cómo podemos observar el movimiento de la Tierra, como su rotación?
Un experimento hace 150 años
El tiempo se remonta al París de 1851. En las salas de la Corte de Estado, del Panteón de Francia y del país, Jean Foucault realizaba un interesante experimento. Foucault suspendió una cuerda de 67 metros de largo de la cúpula de la sala y debajo había un péndulo que pesaba 28 kilogramos. Debajo del péndulo hay una enorme mesa de arena. Cada vez que el péndulo pasa sobre la mesa de arena, el puntero del péndulo dejará un rastro en la mesa de arena. Según la experiencia diaria, este enorme péndulo debería trazar una trayectoria única sobre la mesa de arena.
Vista exterior de la Funeraria Nacional
Comenzó el experimento y la gente se sorprendió al descubrir que cada vez que el péndulo de Foucault oscilaba, la trayectoria trazada en la mesa de arena se desviaba de la original. trayectoria (digamos con precisión, en el borde de una mesa de arena con un diámetro de 6 metros, la diferencia entre las dos trayectorias es de aproximadamente 3 mm). "La tierra realmente está girando", algunas personas no pudieron evitar suspirar.
Foto del experimento del péndulo de Foucault en 1851, atención a las huellas pintadas en la mesa de arena
Rotación e inercia
El péndulo de Foucault es un experimento que demuestra la rotación de la tierra. Este péndulo recibió el nombre de "Péndulo de Foucault". ¿Cómo demuestra el péndulo de Foucault la rotación de la Tierra?
En pocas palabras, por inercia.
Normalmente, cuando decimos "la Tierra gira", no decimos hacia qué gira en relación con él. Este es un punto muy importante, es impensable hablar de movimiento sin un marco de referencia. Actualmente no hay forma de clavar un clavo en el espacio como referencia absoluta, por lo que tenemos que confiar en objetos más distantes y aparentemente estacionarios como puntos de referencia. De hecho, esos cuerpos celestes no son de ningún modo "clavos en el espacio", pero como están tan lejos de nosotros, también podríamos (de hecho, me temo que es la única opción) usarlos como objetos de referencia. Con estrellas distantes como objetos de referencia, los objetos permanecerán en movimiento sin la acción de fuerzas externas. De esto se trata la primera ley de Newton.
El péndulo es un dispositivo interesante. Dale al péndulo un movimiento inicial adecuado y siempre se moverá en una determinada dirección o plano. Si el péndulo oscila en un ángulo inferior a 5 grados, se puede considerar incluso un resonador que se mueve en una dimensión.
Ahora, consideremos una situación simple: ¿qué pasaría si Foucault estuviera ubicado en el Polo Norte? Es obvio que la Tierra gira en relación con las estrellas distantes. Asimismo, debido a la inercia, la dirección (plano) del movimiento del péndulo de Foucault es constante en relación con una estrella distante. (Puedes imaginar tres estrellas distantes definiendo un plano en el que se mueve el péndulo de Foucault). Debido a la inercia, la Tierra y el marco utilizado para levantar el péndulo siguen girando mientras el péndulo se mueve en este plano). Entonces, ¿qué sucede? Si se para cerca del péndulo de Foucault en la superficie de la tierra, obviamente notará que el plano del péndulo gira lentamente. Su velocidad de rotación es aproximadamente la mitad de la velocidad de rotación del reloj por hora. El péndulo de Foucault gira en la misma dirección. La manecilla de las horas gira 15 grados.
El péndulo se mueve en el mismo plano, que está determinado por las estrellas lejanas. ¿Qué pasaría si Foucault estuviera situado en el ecuador? Entonces no podemos observar la rotación. Considere el movimiento del péndulo como una resonancia unidimensional (péndulo simple). Dado que la dirección de su movimiento es paralela al eje de la Tierra, que es estacionario con respecto a las estrellas distantes, observamos que el péndulo de Foucault no gira con respecto al suelo.
Ahora trasladamos el péndulo de Foucault a París. El movimiento del péndulo se puede descomponer en dos submovimientos a lo largo del eje de la Tierra y perpendicular al eje de la Tierra. Este último produce una rotación con respecto al suelo (al igual que el péndulo de Foucault en el Polo Norte). El resultado del movimiento combinado de estas dos partes es que a una persona en el suelo le parece que el Péndulo de Foucault gira lentamente a una velocidad angular, en algún lugar entre las velocidades angulares del Péndulo de Foucault en el Polo Norte y el Péndulo de Foucault en el Polo Norte. Ecuador.
(También se puede explicar por la fuerza de Coriolis y se puede llegar a la misma conclusión). Si el tiempo de observación para que el Péndulo de Foucault gire una vez en el Polo Norte es A (A=24 horas), entonces el tiempo necesario para que el Péndulo de Foucault gire una vez en cualquier latitud γ es A/senγ. Para París, este número es 31,8 horas...
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Relatividad general: no lo entiendo, pero con el siguiente informe:
[Reuters, Washington, 21 de octubre de 2004 (Reuters) -] Einstein demostró tener razón nuevamente. Un equipo de científicos e investigadores universitarios de todo el mundo ha encontrado la primera evidencia directa de que la Tierra arrastra el espacio-tiempo a su alrededor mientras gira, dijo hoy la NASA. La NASA dijo que el descubrimiento fue el primero en medir y probar directamente un aspecto importante de la teoría general de la relatividad de Einstein: que los cuerpos celestes en rotación pueden desviar y torcer la "estructura" que constituye las tres dimensiones del espacio y las cuatro dimensiones del tiempo. "La Tierra realmente arrastra consigo el espacio-tiempo mientras gira", dijo el físico de la NASA Michael Salamon. "Cuanto más te acercas a la Tierra, mayor es la distorsión". "Esta distorsión del espacio-tiempo, también conocida como frame drag, nunca antes se había observado directamente". "Esta es la primera vez que se ha encontrado evidencia real, fuerte y directa de que un objeto en rotación puede arrastrar el espacio-tiempo". Perikos-Pavlis de la NASA y otros observaron dos satélites orbitando la Tierra y descubrieron que efectivamente fueron desviados por la resistencia de la Tierra en el espacio. Pavlis dijo: "Medimos la distancia entre la Tierra y el satélite con precisión milimétrica. Sus resultados fueron publicados en la revista Nature. Dos satélites geoestacionarios láser: LAGEOS I y LAGEOS II Los exteriores están cubiertos con reflectores, lo que los hace más fáciles de rastrear y medida desde el suelo, sus órbitas en forma de mariposa están diseñadas para imitar el movimiento de un giroscopio giratorio, la teoría de Einstein de que a un objeto cercano le gusta girar, como la Tierra, arrastraría el espacio, provocando que el giroscopio estuviera ligeramente fuera de su eje. Pavlis dijo que no hay evidencia de que no haya otra fuerza en el satélite, pero es poco probable que esté sucediendo una fuerza diestra que resulta ser similar a la relatividad general. "Hemos descartado errores en todas las fuerzas conocidas. como mareas, etc., y en modelos de gravedad. "Pavlis compara el efecto con una cuchara que se remueve en un tarro de miel". De manera similar, cuando la Tierra gira, arrastra el espacio-tiempo a su alrededor, cambiando las órbitas de los satélites que orbitan alrededor de la Tierra. Salamon dijo que la evidencia indirecta de la resistencia del marco ha aparecido antes, pero esta es la primera medición directa. En abril, la NASA lanzó Gravity Probe con cuatro giroscopios. Los científicos dijeron que cuando los resultados estén disponibles el próximo año, podrán probar la teoría de Einstein. teoría con mayor precisión.