地球的軌道是一個橢圓形,因此為了保持動量,當其最接近太陽時其速度會增加。如果速度改變,則有加速度。如果有加速度,則有力。即使變化很小且是漸進的,我們是否也不會因為地球如此巨大而承受力量?
地球的軌道是一個橢圓形,因此為了保持動量,當其最接近太陽時其速度會增加。如果速度改變,則有加速度。如果有加速度,則有力。即使變化很小且是漸進的,我們是否也不會因為地球如此巨大而承受力量?
我們沒有感覺到任何加速,因為地球和我們所有人在太陽周圍自由下落。我們所感覺到的向心加速度就比國際空間站上的宇航員所感覺到的國際空間站向地球的加速度大。
之所以發生這種情況,是因為廣義相對論描述了重力場中的運動。自由落體的運動沿一條稱為測地線的線,該線基本上等效於彎曲時空中的直線。而且,由於自由下落的物體沿直線移動,因此沒有力。
為了更精確一點,大地方程給出了跟隨自由落體運動的軌跡:
$$ \ frac {\ mathrm d ^ 2x ^ \ alpha} {\ mathrm d \ tau ^ 2} =-\ Gamma ^ \ alpha _ {\,\,\ mu \ nu} U ^ \ mu U ^ \ nu \ tag {1} $$
需要一些解釋,但是實際上我們不需要細節。我們需要知道的是,物體的四加速度 $ \ mathbf A $由另一個等式給出:
$$ A ^ \ alpha = \ frac {\ mathrm d ^ 2x ^ \ alpha} {\ mathrm d \ tau ^ 2} + \ Gamma ^ \ alpha _ {\,\,\ mu \ nu} U ^ \ mu U ^ \ nu \ tag {2} $$
但是如果使用等式(1)代替等式(2)中的$ d ^ 2x ^ \ alpha / d \ tau ^ 2 $,我們得到:
$$ A ^ \ alpha =-\ Gamma ^ \ alpha _ {\,\,\ mu \ nu} U ^ \ mu U ^ \ nu + \ Gamma ^ \ alpha _ {\,\,\ mu \ nu} U ^ \ mu U ^ \ nu = 0 $$
因此,對於任何自由下落的物體,四個加速度自動為零。您感覺到的加速度(“ g力”)是四加速度的大小-從技術上講是四加速度的範數或適當的加速度。
此參數中沒有任何內容涉及軌道的形狀。無論軌道是雙曲線,拋物線,橢圓還是圓形,都適用相同的結論。軌道上的觀察者沒有加速度。
您可能有興趣閱讀我對如何不動而加速?的回答,我將在此進行更詳細的討論。有關更多技術方法,請參見“彎曲空間”如何解釋引力?。
從廣義相對論的角度來看,約翰·雷尼(John Rennie)的答案是正確的-但由於該問題是用牛頓力學來標記的,因此它也值得牛頓主義的答案。
在牛頓框架中,我認為“為什麼我們不體驗這種力量”的最佳答案是we不會在所有上感覺到它們會施加到我們的身體上。我們實際用感官體驗的只是我們身體不同部位之間的力。
當您站在地球表面時,您既不會感覺到太陽的引力,也不會感覺到地球的引力。嚴格來說,您甚至沒有感覺到腳底與地面之間的接觸力-但您do會感覺到腳的皮膚與腳內部的骨頭之間的壓縮力。在較小程度上,您會感覺到骨頭被壓縮了,而肉體則懸掛在骨骼上而被拉伸了。所有這些內力平衡引力對您的身體的影響,使身體各部位的淨力為零(忽略了來自太陽和月亮的拉力),與地球。
這就是被拉向大地的感覺:抵抗這種拉動的體內力量。
但是,對於來自太陽的吸引力,沒有什麼可以平衡它。人體中的每個粒子都只是朝著太陽落下,而加速度是由太陽引力場的強度提供的,而地球和周圍空氣中的每個粒子都在做同樣的事情,因此沒有內力在任何地方都需要,以使身體的各個部位保持在相同的相對位置。因此,沒有任何感覺。
根據等效原理,自由落體系統無法局部檢測重力場。但是,地球是一個足夠大的系統,因此非局部效應變得可觀。太陽潮雖然很小,卻可以被發現。因此,原則上即使我們處於自由落體狀態,也可以體驗太陽的引力場。我聲稱是通過橢圓軌道的加速度變化太小。
相對於橢圓的焦點,地球的角動量為$ L = mr ^ 2 \ dot \ phi $,其中$ m $,$ r $和$ \ dot \ phi $為質量,到太陽中心的距離和角速度。因此 $$ mr_p ^ 2 \ dot \ phi_p = mr_a ^ 2 \ dot \ phi_a,$$ 其中索引$ p $和$ a $表示“近日點”和“ aphelion”。對於橢圓, $$ r_p = \ frac {r_0} {1+ \ epsilon},\ quad r_a = \ frac {r_0} {1- \ epsilon}。$$ 因此 $$ \ frac {\ dot \ phi_p} {\ dot \ phi_a} = \ left(\ frac {1+ \ epsilon} {1- \ epsilon} \ right)\約1,0340,$$ 因為地球的軌道偏心率是\\ε\大約0,0167 $。六個月內,我們的變化大約為百分之三。平均角加速度為 $$ \ bar \ alpha = \ frac {0.0340 \ cdot \ phi_a} {180 \ cdot 24 \ cdot 60 \ cdot 60} \ sim 10 ^ {-9} \ phi_a \,\ mathrm {rad / s ^ 2}。 $$ 請注意,$ \ phi_a $是有序的 $$ \ frac {2 \ pi} {365 \ cdot 24 \ cdot 60 \ cdot 60} \ sim 10 ^ {-7} \,\ mathrm {rad / s}。$$ 因此角加速度約為$ 10 ^ {-16} \ mathrm {rad / s ^ 2} $。如果將此值乘以到太陽的平均距離$ r \ sim 10 ^ {11} \,\ mathrm {m} $,我們得到的加速度為$ 10 ^ {-6} \,\ mathrm {m / s ^ 2} $。與地球引力引起的加速度$ 9.8 \,\ mathrm {m / s ^ 2} $相比,可以忽略不計。
約翰·雷尼(John Rennie)用廣義相對論回答了這個問題,但是牛頓物理學也可以回答這個問題。您的問題與此非常相似:
,我可以請您參考我在那的答案。簡而言之,太陽不僅以自身引力拉動地球,還以同樣的引力力拉動包括我們在內的一切事物。因此,由於地球,我們受到與太陽相同的重力加速度。根據伽利略和牛頓的運動定律,可以得出結論,我們沿著與地球圍繞太陽的自由下落路徑運動,因此我們相對於地球保持靜止。
即使軌道是一個完美的圓,朝太陽的方向也有一定的加速度。如果沒有加速度,那麼地球將以直線(而不是圓)運動;但它不是直線移動,因此有加速度。
從某種意義上說,地球不會感覺到加速度,因為它不會試圖抵抗加速度:如果您站在某物上,那麼您會抵抗重力(抵抗跌落)並在腳上受力;如果您不站下來摔倒(忽略空氣阻力),那麼您什麼都不會感到(除了噁心,因為您習慣了重力)。
一個軌道可以描述為一種情況,而不是“永久性地”落在某物周圍,而是永久地“落在”它周圍。因為您處於無限的“自由落體”中(無論是圓形還是橢圓形),您都不會感到有力-有一種力(重力),但您不會抵抗它(您不會對其施加壓力),所以您感覺不到。
您絕對不需要使用廣義相對論來回答這個問題。
這取決於您所說的“感覺”。如果“感覺”的意思是“可以被複雜的儀器檢測到”,那麼可以,它是“感覺的”。但是您的身體並不是非常精密的檢測儀器。
根據我在其他地方閱讀的內容,當地球從距太陽的最大距離向距太陽最近的距離移動時,其速度會提高$ 1000 $ m / s $。這需要六個月,或大約15,768,000秒。使用以下等式粗略地估算出加速度:
$$ V_ {f}-V {o} = a * t $$
地球的加速度約為$ 0.0000634 $ $ m / s ^ 2 $。
整個地球及其上的所有事物都以該速度大致加速,而您的身體無法察覺到那很小的加速度。
我的答案是形而上學,而不是物理學。
我們之所以沒有“感覺”到加速度,是因為變化在我們身體的承受能力之內。話雖如此,我敢肯定,有些天生的人更適應這些力量。但是在大多數情況下,對於大多數用途而言,有太多的作用力作用於我們的感覺,以至於地球的加速度是我們已經學會了忽略或者根本感覺不到的。
一個例子是地震儀。一個簡單的可以用鉛筆紙和一塊柔軟的塑料製成。如果震顫較大,則可以很好地標記地震的規模。但是,塑料越堅硬,您看到的運動就越少,並且使塑料運動所需的作用力就越大。專業的地震儀由敏感得多的材料製成。
我們就像那種硬質塑料。我們感覺到了變化,但我們並沒有專心探測諸如地球加速度之類的細微變化。
這並不是說我們不能發展更適應地球速度的技能。在我的武術研究中,我看到大多數人都可以做的驚人的“超人”功績,即使只有一個人會花費必要的時間發展這種技能。