Jak je to v tomto případě s odstředivou a dostředivou silou?
Dobrý den, mám dotaz ohledně odstředivé a dostředivé síly. Máme nějaké těleso obíhající zemi (např. měsíc, družice) po oběžné dráze. Působí na něj dostředivá síla v podobě gravitace, která ho přitahuje k zemi a odstředivá síla která působí směrem opačným. Pokud je gravitace projevem zakřiveného časoprostoru, tak oběžná dráha vlastně není kružnice ale přímka jen zakřivená v prostoru. Jestli tomu dobře rozumím, obíhající těleso tedy koná přímočarý pohyb a ne pohyb po kružnici. Jak by ale potom na něj mohla působit jedna z výše zmiňovaných sil když se nejedná o pohyb po kružnici ani těleso nijak nezatáčí a nemění tedy svůj směr? Dokonce jsem četl takové vysvětlení právě na příkladu družice že po té své přímce jakoby padá směrem k zemi ale díky své rychlosti nikdy nespadne. Jak by tedy na těleso které vlastně padá mohla působit některá z těchto sil? Nebo třeba astronauti obíhající zemi ve vesmírné stanici. I když se pohybují stejnou rychlostí jako stanice a jsou vůči ní v klidu, museli by přece neustále pociťovat odstředivou sílu způsobenou neustálou změnou směru (pohybem po kružnici) podobě jako když zatáčíme v autě a jsme přitlačeni do strany. Vím že tady jde o dva různé pohledy na jednu věc a Obecná teorie relativity si s klasickou fyzikou příliš nerozumí a proto se někde dočtu že tam odstředivá síla je a někde zase že není. Zajímalo by mě jak to teda ve skutečnosti je. Jsou na obíhajícím tělese tyto síly pozorovatelné nebo ne. Myslím že v dnešní době kdy nám nad hlavou obíhá spousta družic už by v tomto mohlo být jasno.
Předem mockrát děkuji za odpověď. Ondřej
Ahoj Ondro,
děkujeme za otázku do naší odpovědny, budu se snažit v rámci svých znalostí vše vysvětlit, i když se nepovažuji za odborníka na OTR (obecnou teorii relativity).
Základním principem OTR je to, že působení gravitace si A. Einstein představil jako zrychlený pohyb – pokud jedeme ve zrychlujícím výtahu, také cítíme, že na nás působí větší síla (pokud jedeme vzhůru). Účinkem gravitace je tedy zrychlování těles.
Pokud bychom se na situaci podívali klasicky, je potřeba rozlišit odstředivou a dostředivou sílu – odstředivá síla působí v soustavě, která se pohybuje po kružnici (např. na kosmonauty ve vesmírné stanici). Z pohledu mimo stanici žádnou odstředivou sílu nepozorujeme. Kosmonauti jsou ve stavu beztíže proto, že gravitační síla je kompenzována stejně velkou silou odstředivou. Při pohledu zvenčí pozorujeme sílu dostředivou – sílu, která způsobuje změnu pohybu stanice. Původcem této síly je v tomto případě gravitace – ta může za to, že stanice padá na Zemi. Ale kvůli tomu, že se pohybuje nějakou rychlostí kupředu je výsledná trajektorie kružnice. Kdyby stanice stála, začala by padat na zem. Pozorovatelé ze Země i z vesmírné stanice vnímají různé síly, to je způsobeno pouze tím, že stanice se nepohybuje přímočaře.
OTR zavádí gravitaci jako deformaci prostoročasu – ten si v okolí Země můžeme představit jako jakýsi trychtýř - čím dále jsme, tím větší má poloměr. Pokud by jsme do takového trychtýře vyslali kuličku, chtěla by se pohybovat rovnoměrně přímočaře, avšak stěny jí v tomto pohybu budou zabraňovat a donutí jí pohybovat se po kružnici. Poloměr této kružnice bude záviset na rychlosti kuličky. Takto si situaci vysvětlíme my, při pozorování ze Země. V tom je změna přístupu OTR - ve vnímání působení gravitace. Kosmonaut ve stanici bude opět pociťovat, jak na něj vlivem otáčení působí odstředivá síla a ta zabraňuje jeho padání do prostředku trychtýře.
Kdybych to shrnul – fyzika funguje všude, pouze ve zrychlujících soustavách jako pozorovatelé pociťujeme tzv. setrvačnou sílu. Ta souvisí se zrychlováním soustavy. Se zavedením setrvačných sil jsou výsledky pozorování různých pozorovatelů konzistentní.
Doufám, že tato odpověď alespoň částečně vyjasnila celou situaci.
7
Máš nějaký dotaz?
Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu: poradna@svetenergie.cz
