Wird ein Objekt, das in die Erdumlaufbahn fällt, anfangen, sich zu drehen?

Angenommen, ein Objekt fällt auf die Erde (ich habe eine hyperbolische Umlaufbahn gezeichnet, aber dies würde für jede Umlaufbahn gelten). Das Objekt beginnt bei A , und an dieser Stelle rotiert es nicht, dh ein Beobachter am Objekt würde keine fiktiven Kräfte messen. Wird sich das Objekt drehen, wenn es die Erde passiert und sich entfernt?

Meine Newtonsche Intuition sagt mir, dass sich das Objekt nicht dreht, sodass wir alle Seiten des Objekts sehen werden, abhängig von seiner Umlaufbahnposition. Dies liegt daran, dass das Objekt vor seiner Erdumrundung keinen Spin hatte. Die Bewegung durch die Umlaufbahn würde wie folgt aussehen:

Keine Drehung

Meine Einsteinsche Intuition sagt mir, dass sich das Objekt aus unserer Perspektive „drehen“ sollte, weil es der Krümmung des Raums folgt und sich in einer geraden Linie bewegt. Die Bewegung durch die Umlaufbahn würde wie folgt aussehen:

Drehung

Welche ist richtig und warum?

Beachten Sie, dass wir uns in der Physik mit Spin normalerweise auf den Eigendrehimpuls von Elementarteilchen, Kernen und anderen Objekten beziehen, die den Gesetzen der Quantenmechanik folgen. Beziehen Sie sich darauf oder meinen Sie den klassischen Begriff des Drehimpulses? Siehe zB diesen Wikipedia-Artikel für die Unterschiede zwischen den Drehimpulsarten.
Es klingt so, als ob er die klassische Rotation meint. Es ist in Ordnung, das Wort "Spin" klassisch zu verwenden, nur nicht als Substantiv. "To spin" ist ein häufig verwendetes Konzept, aber "the spin" als Substantiv impliziert, wie @glance sagt, eine Quantengröße.
Ich bin mir nicht sicher, ob ich die Annahmen hinter dieser Frage verstehe. Können Sie erklären, warum Sie erwarten, dass das Objekt einer geraden Linie folgt, wenn es von der Anziehungskraft der Erde angezogen wird? Das würde ich nicht erwarten, und es lässt mich glauben, dass ich die Situation, die Sie darstellen, nicht verstehe.
Ich benutze Spin und Rotation als Synonym. Ich bin kein Physiker und kenne die richtige Terminologie nicht. meine frage ist im grunde folgende. Wenn ein Objekt in die Erdumlaufbahn (ohne anfängliche Rotation um seine Achse) relativ zur Erde fällt, wird das Objekt eine Rotation haben?
@lemon und hier ist eine andere Frage. Wenn das Objekt von der Erde angezogen wird, "weicht" es nicht von seinem "geraden Weg" ab, sondern folgt der Krümmung des Raums um die Erde. Warum scheint sich das Objekt nicht zu "drehen", wenn es dem gekrümmten Raum folgt?
Tatsache: Dinge "fallen nicht in die Umlaufbahn" in zwei Körpersystemen. Wenn Sie von weit her gekommen sind (z. B. auf einer parabelförmigen oder hyperbolischen Bahn), werden Sie wieder abfahren, es sei denn, Sie bremsen irgendwie.
@dmckee Wenn sich ein Objekt mit 17000 Meilen pro Stunde bewegt und relativ nahe an der Erde vorbeikommt, wird dieses Objekt dann nicht genug angezogen, um es in eine Umlaufbahn zu bringen? Soweit ich weiß, gibt es Möglichkeiten, externe Objekte dazu zu bringen, ein anderes Objekt zu umkreisen, je nachdem, wie schnell es geht und in welche Richtung
@ user2914191 Denken Sie daran, dass die Schwerkraft daran arbeitet, wenn es sich nähert. Wenn es von weit her kam, geht es wieder aus. Nun, tatsächlich bedeutet das Erde-Mond-System, dass wir ein Drei-Körper-Problem haben und es gibt Vorbehalte, aber (a) sie sind sehr, sehr schwer zu treffen und (b) Sie müssen dann über die Drehimpulsübertragung in einer Drei nachdenken -Körpersystem, das schwieriger ist als die Frage, die Sie wahrscheinlich beabsichtigt haben.
@dmckee Wenn der Mond also die Erde umkreist und dem gekrümmten Raum in einer geraden Linie folgt, bedeutet dies, dass er keine Rotation hat, sich aber aufgrund des gekrümmten Raums zu drehen scheint. aber ich nehme an, das ist nicht korrekt, und der Mond hat Rotation
Verwandte (aber dort nicht viel Upvoting): physical.stackexchange.com/q/98055/17609
Da sich GR in „schwachen“ Gravitationsfeldern auf die Newtonsche Physik reduziert, ist es offensichtlich, dass etwas an dieser Argumentation fehlerhaft ist, weil Ihre Vorstellung von dem „Drehen“, weil es einer geraden Linie folgt, nicht problemlos in den Newtonschen Fall überführt werden kann. Ich kann jedoch nicht genau sagen , was falsch ist, weshalb dies keine Antwort ist.
@glance: Wenn Sie einen Vektor parallel um eine Schleife in gekrümmter Raumzeit transportieren, werden Sie im Allgemeinen feststellen, dass er sich relativ zu seiner ursprünglichen Richtung gedreht hat. Es ist für mich alles andere als offensichtlich, dass die Richtung des Raumschiffs unverändert bleiben wird, während es umkreist.
@glance in GR Schwerkraft ist die Krümmung des Raums, wie ich es verstehe. Wenn der Weltraum um die Erde gekrümmt ist und ein Objekt die Erde umkreist, weil es der Krümmung des Weltraums folgt, warum sollte sich die "Richtung" des umkreisenden Objekts nicht ändern, wenn es diesem gekrümmten Raum im Orbit folgt? es scheint eine axiale Rotation zu haben, den Anschein, als wäre es gezeitengesperrt, ohne sich tatsächlich um seine Achse zu drehen
@ user2914191 Ich denke, die Frage lässt sich auf Folgendes reduzieren: Wie bewegen sich zwei Bälle dicht hintereinander? Was wäre, wenn die beiden Kugeln durch einen gewichtslosen Stab (aber mit fester Länge) verbunden sind?

Antworten (2)

Die Antwort auf Ihre Frage lautet, dass sich die Richtung des Raumschiffs in erster Näherung nicht ändert, sodass das obere Diagramm das richtige ist. Die Richtung des Raumschiffs ändert sich jedoch aufgrund eines Phänomens, das als geodätischer Effekt bezeichnet wird, geringfügig .

Der einfachste Weg, dies zu sehen, besteht darin, das Raumschiff durch ein Gyroskop zu ersetzen und das Gyroskop so klein zu machen, dass wir Gezeiteneffekte ignorieren können. Dann können wir die Richtung der Drehachse des Kreisels messen. Tatsächlich wurde dieses Experiment durchgeführt – es wurde von Gravity Probe B durchgeführt . Die Ergebnisse werden durch dieses Diagramm aus dem verlinkten Artikel schön zusammengefasst:

Schwerkraftsonde B

Gravitationssonde B verwendete eine kreisförmige Umlaufbahn, aber das gleiche gilt für jede Umlaufbahn.

das ist sehr interessant. Danke fürs Posten, ich werde mich weiter mit dem geodätischen Effekt befassen
"Die Antwort auf Ihre Frage ist, dass sich die Richtung des Raumschiffs in erster Näherung nicht ändern wird, also ist das obere Diagramm das richtige." Wenn wir uns das Raumschiff vorstellen, das aus zwei unverbundenen Teilen (vielleicht Kugeln) besteht, die dicht aufeinander folgen (auf derselben Flugbahn), dann ändert sich die Richtung oder das Paar. Also, wie ist das anders?
Weil die beiden Teile nicht miteinander verbunden sind. Wenn man sie verbindet, üben sie nun ein Drehmoment aufeinander aus. Es ist eine interessante Frage und einen eigenen Beitrag wert, wenn Sie ihr nachgehen möchten.

Nehmen wir an, dass das Objekt eine Kugelsymmetrie hat, aber zur Lösung des vorliegenden Problems wird es auf seiner Oberfläche mit verschiedenen Farben bemalt. Stellen Sie sich also einen ebenen Abschnitt vor, der die Umlaufbahn des Objekts um die Erde enthält. Der Schnitt der Ebene durch das Objekt ist ein Kreis, und wir sehen verschiedene Punkte des Umfangs, die in verschiedenen Farben gemalt sind.

Zu jedem Zeitpunkt seiner Bewegung hat das Objekt eine Geschwindigkeit, die aus zwei Komponenten besteht: der ursprünglichen Geschwindigkeit und der Geschwindigkeit zum Erdmittelpunkt. Das Objekt erfährt also jedes Mal als Ganzes eine Trägheitstranslation (man erinnere sich, was Einstein gesagt hat, dass ein beschleunigtes System zu jedem Zeitpunkt als ein Trägheitssystem mit der Momentangeschwindigkeit betrachtet werden kann). Somit wird zu jedem Zeitpunkt eine andere Farbe in Richtung Erde sein.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Auf dem Bild sieht man zwei Instanziierungen des Objekts, das sich der Erde nähert. Die dünne schwarze Linie verbindet die 1. Instanziierung mit dem Erdmittelpunkt. Die Anfangsgeschwindigkeit, blau, ist v 0 , die Momentangeschwindigkeit in Richtung Erde ist der hellgrüne Pfeil, und der schwarze Pfeil ist ihre Resultierende. Somit gelangt das Objekt zu einer 2. Position, wie in der 2. Instanziierung gezeigt. Die gepunktete schwarze Linie verbindet den Mittelpunkt des Objekts mit dem Erdmittelpunkt. Wenn man ganz genau hinschaut, sieht man, dass das Lesesegment in der 1. Ausprägung die Linie zur Erde kreuzt, während es in der 2. Ausprägung vollständig unterhalb der Linie zum Erdmittelpunkt liegt.

Aber das sind zwei nahe Fälle. Wenn sich das Objekt weiter bewegt, wird das rote Segment immer weiter links von der Linie in Richtung Erdmittelpunkt verschoben, und das blaue Segment wird von der Erde aus gesehen. So werden von der Erde aus alle farbigen Segmente Schritt für Schritt sichtbar.

bedeutet das also, dass sich der mond nicht wirklich um seine achse dreht?
@ user2914191 Nein, der Mond kommt nicht aus der Ferne mit einer Anfangsgeschwindigkeit. Aber ich werde ein Bild platzieren, und Sie werden sehen.
Ich habe ein Experiment durchgeführt, indem ich ein Objekt im Orbit simuliert habe, und nach einer Viertelumrundung der Erde war mein Objekt um 90 Grad nach oben gerichtet, bei einer Halbumrundung der Erde stand es auf dem Kopf. also ist die Newtonsche Darstellung korrekt. Ich habe einfach nicht das richtige Verständnis dafür, wie sich Materie im gekrümmten Raum verhält
@user2914191 was ist los? Du meinst in Bezug auf die Erde? Oder meinst du in Bezug auf die Seite, wie in meinem Bild?
bezogen auf die Erdoberfläche (Mitte)
@ user2914191 Wenn Sie sich auf einen gekrümmten Raum beziehen müssen, erklären Sie sich schnell, denn ich bin kein Experte für allgemeine Relativitätstheorie, und bald werden andere Leute hier schlafen gehen.
GR sagt, dass Objekte der Krümmung des Erdraums folgen, also ist die "gerade Linie" um die Erde eine Kurve (deshalb folgen Objekte ihr, niedrigster Energiezustand). Ich würde erwarten, dass Objekte, die der Erdkrümmung folgen, immer mit derselben Seite zum Erdmittelpunkt zeigen (unter der Annahme einer axialen Drehung von 0), aber das passiert nicht, warum nicht
@ user2914191 hmmm! Diese Frage wurde bereits gestellt. Bitte sag mir, könnte es nicht sein, dass du diese Frage in der Vergangenheit gestellt hast?
Ich habe es getan, aber ich habe keine zufriedenstellende Antwort erhalten
@user2914191 Aaaa! Dann muss ich das Thema an andere Leute weitergeben, die Allgemeine Relativitätstheorie ist nicht meine Domäne.
@ user2914191 Ich habe den ACuriousMind gefragt, aber er hat mir gesagt, dass die Schwerkraft um die Erde durch die Newtonsche Grenze gut angenähert ist.
@ user2914191 hast du gesehen, was ACuriousMind gesagt hat?
@ user2914191 Wie hast du es simuliert?
Wird ein Objekt, das in die Erdumlaufbahn fällt, anfangen, sich zu drehen?
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