Il veicolo spaziale MESSENGER legato a Mercurio ha catturato diverse immagini mozzafiato della Terra durante una gravità… assistere swingby del suo pianeta natale l ” ago. 2, 2005. Diverse centinaia di immagini, scattate con la telecamera grandangolare nel Mercury Dual Imaging System (MDIS) di MESSENGER, sono state sequenziate in un filmato che documenta la vista da MESSENGER mentre lasciava la Terra.,
Missione NASA/Messenger
Il nostro pianeta non è il luogo stazionario che sentiamo essere sotto i nostri piedi, ma piuttosto si muove in modo incredibilmente complesso attraverso l’Universo. Ruotiamo sul nostro asse una volta ogni 24 ore, ruotiamo attorno al Sole una volta all’anno, mentre l’intero Sistema solare orbita a 220 km/s attorno alla Via Lattea, che accelera verso Andromeda nel Gruppo locale, che si muove rispetto alla radiazione rimasta dal Big Bang. Questo è un sacco di movimento cosmico! Eppure, non possiamo sentirlo affatto., Questo disturba molti, tra cui la lettrice Annie Bennett, che chiede:
Ho disperatamente bisogno del tuo aiuto! Per favore aiutami a spiegare a mio marito perché non riesci a sentire la terra volare nello spazio!
C’è una semplice ragione per cui non possiamo sentirlo nei nostri corpi, ma non sarà intuitivo per chiunque sia abituato alle loro esperienze qui sulla Terra.
Se si attacca le membra fuori di una macchina in movimento, vi sentirete una forza come l’aria scorre passato. Se tu… raddoppia la tua velocità, la forza quadruplica., Eppure, se sei a riposo rispetto all’aria, non sperimenterai alcuna forza.
Pxhere/photo number 151399
Se sei in una macchina che si muove a 15 miglia all’ora (mph) e ti infili le tue membra fuori dalla finestra, sentirai il vento soffiare leggermente contro di essa. È vero che più velocemente vai, maggiore è la forza che sentirai, ma il modo in cui la tua mano o il tuo piede sentono la forza non è necessariamente intuitivo., Se si accelera a muoversi a 30 mph, la forza sulla vostra appendice sarà quattro volte quello che era a 15 mph; se si accelera a 60 mph, che la forza si intensifica a sedici volte quello che era a 15 mph.
Ma quella forza esiste solo perché la tua mano, fisicamente, si muove ad una velocità relativa alle molecole d’aria con cui si scontra. Se, invece, avessi i finestrini dell’auto chiusi, la tua mano non sentirebbe alcuna forza. E questo perché l’aria all’interno dell’auto è stazionaria rispetto al tuo corpo. È solo quando due oggetti sono in movimento relativo l’uno rispetto all’altro che puoi sentire una forza.,
Un modello accurato di come i pianeti orbitano intorno al Sole, che poi si muove attraverso la galassia in un… diversa direzione di movimento. Si noti che i pianeti sono tutti sullo stesso piano e non si trascinano dietro il Sole o formano una scia di alcun tipo.,
Rhys Taylor
Quando la Terra orbita intorno al Sole, o quando il Sistema Solare orbita intorno alla galassia, o quando la nostra galassia si muove rispetto alle altre galassie del Gruppo Locale, o quando il Gruppo Locale si muove rispetto al resto dell’Universo, non c’è alcun effetto sul nostro corpo che siamo in grado di sentire.,
Non c’è nessun sensore di forza che possiamo applicare per rilevare gli effetti di questo movimento per una semplice ragione: tutto ciò che esercita una forza sui nostri corpi, facendoci accelerare, sta anche esercitando una forza proporzionale sulla Terra, facendola accelerare alla stessa identica velocità. Proprio come non si può sentire in movimento in una macchina senza intoppi-guida con i finestrini arrotolati, non si può sentire la Terra in movimento attraverso l’Universo fino a quando anche voi, sono legati al pianeta Terra., Questo vale per qualsiasi scala che si possa concepire, dalle dinamiche del Sistema Solare fino alle scale dell’intero Universo.
I relativi effetti attraenti e repulsivi delle regioni di overdense e underdense sulla Via Lattea…. L’effetto combinato è noto come il repeller dipolo. Anche se il nostro gruppo locale si muove a circa 600 km / s rispetto al bagliore residuo del Big Bang, non possiamo sentirlo, poiché non c’è movimento o forza relativa tra i nostri corpi e il movimento della Terra.
Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, R., Brent Tully e Hélène Courtois, Nature Astronomy 1, 0036 (2017)
In effetti, la storia va ancora più in profondità, come Einstein intuì per la prima volta più di 100 anni fa. Definendolo “il suo pensiero più felice”, si rese conto che qualsiasi cambiamento nel movimento di un oggetto sembrerebbe essere un’accelerazione e che tutte le forme di accelerazione costante — inclusa la gravitazione — sarebbero indistinguibili l’una dall’altra.,
Ora chiamiamo questo principio di equivalenza di Einstein, e ci dice che qualsiasi frame di riferimento accelerato non può avere la sua causa di accelerazione determinata da un oggetto che fa parte del sistema interno. In altre parole, se fai parte della Terra (e mi dispiace, Annie, tu e tuo marito lo siete entrambi) e la Terra sta accelerando, allora accelererai anche tu, e non sarai in grado di sentire gli effetti di nessuna delle diverse cause.,
Questo fu realizzato per la prima volta da Galileo, che capì che una palla caduta dalla Torre Pendente di Pisa sarebbe caduta verso il basso, piuttosto che rimanere indietro mentre la Terra ruotava, perché l’atmosfera terrestre si muoveva insieme al nostro pianeta.
Il comportamento identico di una palla che cade sul pavimento in un razzo accelerato (a sinistra) e sulla Terra… (a destra) è una dimostrazione del principio di equivalenza di Einstein.
Utente Wikimedia Commons Markus Poessel, ritoccato da Pbroks13
Questo fenomeno sarebbe vero anche se non fossi sulla Terra!, Se tu fossi nello spazio-sulla Stazione Spaziale Internazionale, per esempio-si sarebbe assolutamente accelerare a causa dell’influenza di tutto ciò che si muove attraverso l’Universo. La Terra tira su di te; il Sole e i pianeti tirano su di te; il resto della galassia e dell’Universo esercitano una forza gravitazionale anche su di te.
Quelle forze ti fanno accelerare. Ma quelle stesse forze causano anche tutti gli oggetti nel tuo ambiente, inclusi gli altri astronauti con te, gli oggetti inanimati (come la frutta) e la stazione spaziale stessa, ad accelerare alla stessa velocità di te., Sei in quello che vivi come “caduta libera”, e così sono tutti gli altri oggetti lì. Rispetto al tuo ambiente, non c’è forza netta e, quindi, nessuna accelerazione distinguibile.
Astronauti, e frutta, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale. Si noti che la gravità non è spento,… ma che tutto – compreso il veicolo spaziale – è uniformemente accelerato, risultando in un’esperienza zero-G. L’ISS è un esempio di un quadro di riferimento inerziale.,
Public domain image
Ma ci sono alcune eccezioni che puoi rilevare, anche se è dubbio che il tuo corpo sia abbastanza sensibile. Ci sono forze che sperimentiamo dal fatto che la Terra è un grande oggetto tridimensionale, e ci troviamo in un solo punto della sua superficie. Rispetto alla Terra, sperimentiamo alcune forze in qualche modo diverse da come la Terra, nel complesso, la sperimenta.
Una di queste eccezioni sono le forze di marea. Tu, tu stesso, sei un oggetto tridimensionale., I tuoi piedi, a terra, sono leggermente più vicini al centro della Terra rispetto alla tua testa, il che significa che la forza gravitazionale dalla Terra è leggermente maggiore sui tuoi piedi. Questo potrebbe non essere abbastanza significativo da farti notare, ma puoi progettare un esperimento abbastanza sensibile alle piccole differenze nella forza gravitazionale. Il primo a vederlo fu l’esperimento Pound-Rebka, che fu uno dei test classici della teoria della gravità di Einstein, verificandolo in modo spettacolare.,
Il fisico Glen Rebka, all’estremità inferiore delle Jefferson Towers, Università di Harvard, chiama… Il professor Pound al telefono durante l’installazione del famoso esperimento Pound-Rebka.
Corbis Media/Harvard University
Un altro è l’effetto delle maree sulla Terra stessa. La Terra gira e la Luna tira sia sulla crosta terrestre che sugli oceani che la circondano. Mentre la Terra ruota, la forza della Luna cambia su ogni singolo punto, causando il rigonfiamento degli oceani.,
Sebbene tu, come persona individuale, non sia abbastanza sensibile da rilevare i cambiamenti di forza, puoi facilmente sperimentare le maree che entrano ed escono, mentre la Terra gira sul suo asse. Il fatto che abbiamo due rigonfiamenti oceanici, e che la Terra gira una volta al giorno, significa che otteniamo due basse maree e due alte maree al giorno. Potresti non essere in grado di sentire le forze di marea nel tuo stesso corpo, ma puoi chiaramente sperimentarne gli effetti.
La Luna esercita una forza di marea sulla Terra, che non solo causa le nostre maree, ma causa la frenata di…, rotazione della Terra, e un successivo allungamento della giornata. Mentre la Luna crea due rigonfiamenti di marea sulla Terra, che a sua volta gira una volta al giorno, sperimentiamo due basse maree e due alte maree al giorno.
Wikimedia Commons utente Wikiklaas e E. Siegel
Infine, il fatto che la Terra stessa ruota si traduce in un tipo speciale di forza sperimentata da tutto sulla sua superficie: la forza di Coriolis. Perché la Terra sta ruotando rispetto a una posizione fissa (cioè,, circa il suo asse), i punti lungo la sua superficie a diverse latitudini sperimenteranno una leggera forza che causa una rotazione aggiuntiva.
La quantità massima di forza sarebbe sperimentata da un oggetto al Polo Nord o Sud, il che causerebbe una rotazione extra di 360 gradi su un oggetto che non era sulla Terra. Ma i due emisferi diversi sperimentano la rotazione in direzioni opposte: il Polo Nord sente una rotazione in senso antiorario mentre il Polo Sud sente una rotazione in senso orario., Per qualcuno all’equatore, la forza scende a zero, e qualcuno a latitudini intermedie ottiene solo una rotazione parziale nel corso di un giorno.
Gli effetti della Forza di Coriolis su un pendolo che ruota a 45 gradi di latitudine Nord. Si noti che il… il pendolo richiede due rotazioni complete della Terra per effettuare una singola rotazione completa a questa latitudine.
Cleon Teunissen / cleonis.,nl
La prima volta che questo esperimento fu fatto fu in modo drammatico in Francia da Léon Foucault, che eseguì il suo esperimento del 1851 attaccando un enorme peso tramite una lunga corda al soffitto del Pantheon a Parigi, in Francia. Dopo averlo lasciato andare in linea retta, è stato monitorato nel corso di una giornata, oscillando e oscillando. Con il passare delle ore, divenne chiaro che il pendolo non si muoveva in un semplice movimento avanti e indietro, ma ruotava rispetto al resto del Pantheon.,
Questa era la prova indiscutibile che la Terra stessa stava ruotando, che la forza di Coriolis era reale e che le previsioni di una Terra che girava erano, in realtà, confermate da un esperimento diretto e facilmente visibile.
Questo pendolo di Foucault, esposto in azione alla Ciudad de las Artes y de las Ciencias de… Valencia a Málaga, Spagna, ruota nel corso di una giornata, abbattendo vari pioli (mostrati sul pavimento) mentre oscilla e la Terra ruota.,
Daniel Sancho/flickr
Come essere umano, i sensori di forza sui nostri corpi sono primitivi e funzionano solo in termini estremamente brevi. Ci vogliono gli enormi effetti cumulativi che si verificano solo nel corso di una giornata per essere in grado di sperimentare la rotazione della Terra, o misurazioni di precisione che vanno ben oltre le capacità del nostro corpo, per rilevare il movimento della Terra.
Ma questo movimento è reale, e la ragione per cui non puoi sentirlo non è perché non ci stiamo muovendo, ma piuttosto perché il tuo corpo umano è in movimento costante e uniforme rispetto alla Terra stessa., Se qualcosa esercitasse una forza differenziale su di te dalla Terra, lo sentiresti immediatamente. Ma in assenza di ciò, avrai bisogno di uno strumento molto più sensibile di un semplice corpo umano. In poche parole, questa è una parte enorme di ciò che la scienza è tutto: capire modi oltre i nostri semplici sensi ovvi per esplorare e conoscere l’Universo. La Terra si muove, e un pendolo di Foucault è come si possono vedere i suoi effetti per te!
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