Question:
Flotter dans l'espace est-il similaire à tomber sous la gravité?
Lelouche Lamperouge
2019-05-26 17:14:27 UTC
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Dans le cas où il n'y a pas d'air et que vos yeux sont fermés,

Alors tomber du ciel sous l'effet de la gravité a-t-il la même sensation que de flotter dans l'espace?Notre corps peut-il sentir que nous accélérons sans que l'air ne nous frappe?

Sinon, en quoi sont-ils différents?

La chute libre et le zéro g sont également la même chose parce que lorsque nous tombons librement, nous accélérons en g vers la terre, alors pourquoi serait-il appelé "zéro g"?

Notez que même en orbite, vous ne flottez pas dans l'espace mais tombez sous la gravité terrestre.Donc, peu de gens, voire aucun, ont vraiment expérimenté le flottement dans l'espace.Les hommes qui sont allés sur la Lune auraient eu une brève période où la gravité de la Terre et de la Lune s'équilibraient mais, même alors, ils étaient toujours soumis à la gravité du Soleil.Personne n'a échappé à cela.
Bref, non, chute libre et zéro g ne sont pas les mêmes.L'apesanteur ressentie lors de la chute libre est également appelée zéro g, ce qui, à mon avis, n'est pas un terme techniquement correct.
Réalisation décernée: découverte de la relativité générale.
En fait, ils sont les mêmes même si vous avez les yeux ouverts.
@Ali C'est la même chose.Le fait qu'ils soient les mêmes sous-tend l'ensemble de la Relativité Générale.Si vous pouvez prouver qu'ils sont différents, vous, mon ami, pouvez recevoir votre prix Nobel.
@Aron référez-vous à cet article de Wikipedia - https://en.m.wikipedia.org/wiki/Weightlessness.Cela dit simplement ce que je dis et je ne suis pas physicien.Si vous pouvez bien vouloir développer votre point de vue, je supprimerai mon commentaire car il pourrait en dérouter certains.
@Ali, zero-G, de la définition la plus pédante et spécifique au jargon, est l'endroit où aucune force gravitationnelle n'agit sur vous.Zero-G n'existe pas dans notre univers.Quand la plupart des gens (y compris tout le monde ici) parlent de zéro-G, nous parlons de null-G, où _dans votre cadre inertiel actuel_ il n'y a pas d'autres forces qui agissent sur vous.
... c'est-à-dire que lorsque les gens disent que vous êtes en apesanteur, nous voulons dire qu'il n'y a pas de planète qui pousse contre vous à 9,8 m / s, ou la force d'une fusée vous repoussant dans votre chaise, ou des ailes et une atmosphèrevous permettant de vous déplacer dans une cabine d'avion.Les astronautes en LEO tombent vers la Terre à environ 9,2 m / s, mais leur vaisseau spatial aussi, donc du point de vue de la Terre, ils tombent constamment (et vont si vite sur le côté qu'ils ratent la planète), mais du point de vue deleur vaisseau spatial, ils sont en apesanteur et peuvent voler comme un super-héros.
@Ali L'homme qui "a découvert" qu'il s'agissait de la même chose et qui a construit une théorie autour d'elle était Albert Einstein.En combinant «accélération inertielle = accélération gravitationnelle» avec «la vitesse de la lumière est constante dans tous les cadres inertiels», il a proposé une théorie de la gravité que nous appelons maintenant «Relativité Générale».
@Ali pourrais-je également ajouter que GR prédit, les ondes gravitationnelles, la lentille gravitationnelle, la dilatation du temps gravitationnel (dont la compréhension est essentielle au GPS), etc.
@Ghedipunk est-il vraiment nécessaire que toutes les forces gravitationnelles soient nulles pour ressentir l'apesanteur?Je veux dire qu'une personne qui est dans un ascenseur qui descend se sent en apesanteur, une personne qui saute d'un avion se sent en apesanteur quand elle est en l'air.Dans tous ces cas, une accélération de 9,8 m / s ^ 2 agit sur eux.
@badjohn Je suis sûr qu'il y a un point dans l'espace et dans le temps où la gravité du Soleil, de la Lune et de la Terre s'annule.Pour vous faciliter la tâche, disons que lors d'une éclipse solaire, ce serait un point sur la ligne droite entre la Terre et la Lune.
@zundi Oui, il y a probablement quelques points spécifiques dans l'espace / temps où il n'y a pas d'attraction gravitationnelle nette mais, en général, si vous êtes dans le système solaire, ils ne sont pas typiques.Je voulais juste mettre en garde contre l'hypothèse courante mais incorrecte selon laquelle les astronautes flottent autour de la station spatiale parce qu'ils sont au-delà de la gravité terrestre.
@Ali, mon point est qu'être extrêmement pédant sur les différentes définitions de l'apesanteur n'a pas de sens, parce que vous êtes toujours sous l'influence gravitationnelle de quelque chose.Tant que vous n'êtes soumis à aucune accélération (y compris l'accélération de 9,8 m / s / s loin de la surface de la planète que vous ressentez en ce moment juste assis devant votre ordinateur), il n'y a aucune différence entre la chute libre, l'apesanteur ouune absence totale d’influence gravitationnelle.
@Ghedipunk ok.Je comprends maintenant ce que vous essayez de dire.
Cinq réponses:
#1
+59
tfb
2019-05-26 18:42:24 UTC
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Oui, ils ressentent la même chose, et cette observation est fondamentale dans notre façon de penser la gravité. Einstein a déclaré que non seulement ils ressentent la même chose, mais qu'ils sont identiques: le mouvement sous la seule gravité est la même chose que le mouvement sans aucune force. Le nom de cette hypothèse est le principe d'équivalence, et il sous-tend la relativité générale: parce que nous savons que les choses ne subissant aucune force se déplacent en lignes droites à travers l'espace-temps, nous savons aussi que les choses qui se déplacent sous la gravité se déplacent seules en lignes droites à travers l'espace-temps, et cela fonctionne parce que ce que fait la gravité est de courber l'espace-temps, de sorte que les `` lignes droites '', qui sont maintenant appelées géodésiques, ont des propriétés que les lignes droites dans un espace-temps plat n'ont pas, telles que se croisant plus d'une fois .

Pour être un peu plus précis à ce sujet: il n'y a (en GR) aucune distinction locale entre mouvement sous gravité seule et mouvement sans force du tout: parce que la gravité déforme (courbe) l'espace-temps, il y a des expériences que vous pouvez faire qui ne sont pas locales et qui vous diront si vous vous déplacez sous gravité ou sans force. Géométriquement, ces expériences consistent à déterminer si les lignes droites ont les propriétés que vous attendez dans un espace-temps plat ou si elles ont des propriétés que vous attendez dans un espace-temps courbe; physiquement les expériences consistent à détecter des `` forces de marée '' qui sont des forces qui font que deux objets séparés (la séparation est ce qui rend l'expérience non locale), initialement au repos l'un par rapport à l'autre, à vouloir heure.

Je ne sais pas s'il est exact de dire qu'il n'y a pas de distinction locale.Il n'y a pas de distinction ponctuelle, mais il y a une distinction locale.Une particule ponctuelle ne peut pas faire la différence entre flotter dans l'espace et tomber sous la gravité, mais un humain le peut.Demandez à un humain près d'un trou noir si tomber vers un trou noir est différent de flotter dans l'espace.Il aura une réponse définitive, qui consistera principalement à crier.Les forces de marée sont des invariants locaux de l'espace-temps.
Une autre façon de dire ceci: comme l'astronaute hurle de douleur d'être spagettifié par le trou noir, vous ne pourrez pas le convaincre d'arrêter de crier en changeant votre système de coordonnées.La douleur est invariante au difféomorphisme.
@CharlesHudgins: il y a un sens bien défini dans lequel toutes les variétés ressemblent à $ \ mathbb {R} ^ n $ sur des échelles suffisamment petites: c'est ce que signifie «local».Ces échelles peuvent être assez petites si la courbure est grande, mais elles ne sont jamais un seul point.
Je me suis mal exprimé.J'aurais dû dire «invariant d'isométrie».Ce n'est pas le cas que toutes les variétés pseudo-riemanniennes sont localement isométriques à $ \ mathbb {R} ^ n $, mais, comme vous l'avez dit, il est (par définition) le cas que toutes les variétés pseudo-riemanniennes sont localement difféomorphes à $\ mathbb {R} ^ n $.C'est l'échec de la variété spatio-temporelle à être localement isométrique à l'espace plat près d'un trou noir qui pousse l'astronaute à crier de douleur.
@CharlesHudgins Je pense que c'est le cas où vous pouvez toujours choisir des coordonnées en un point donc la métrique est $ \ mathrm {diag} (1, \ ldots, -1, \ ldots) $ & ses premières dérivées disparaissent mais les secondes ne le font pas 't: c'est ce que j'entendais par «localement»: ce ne sont que des objets étendus qui ressentent les forces de marée.
Correct.C'était le point que j'essayais de faire valoir.La correction du second ordre de la métrique est $ \ frac {-1} {3} $ du tenseur de courbure de Riemann.J'essayais juste de souligner la distinction entre le comportement ponctuel et le comportement local.Vous pouvez toujours choisir des coordonnées dans lesquelles la métrique est plate à un point de votre choix, mais vous ne pouvez pas éliminer les écarts de second ordre et plus par rapport à la planéité.Ces écarts sont ressentis, par exemple, comme des forces de marée sur des corps étendus.
@CharlesHudgins et c'est à peu près la définition de 'local': il existe une échelle finie sur laquelle les choses semblent plates à une approximation arbitrairement bonne, mais quelle est cette échelle * est * dépend de la taille de la courbure.Dans votre commentaire d'origine, vous choisissez une échelle pour «local» et vous ne pouvez pas faire cela.Concrètement, il est facile d'imaginer une situation où les baleines seraient déchirées mais les souris remarqueraient à peine la courbure et les bactéries auraient du mal à la détecter du tout (encore plus concrètement, les lunes sont perturbées dans les situations où les humains ne remarqueraient vraiment pas la courbure du tout.).
Peut-être que je suis en train de couper les cheveux, mais mes connaissances en mathématiques exigent que je distingue les propriétés ponctuelles des propriétés locales.Tout corps étendu de n'importe quelle échelle ressentirait les forces de marée.Seul un point, un objet de dimension 0, ne subira pas les forces de marée.Une sphère est plate en point - c'est juste l'affirmation que l'espace tangent en un point sur une variété est isomorphe à $ \ mathbb {R} ^ n $.Une sphère n'est * pas * cependant localement plate.Si c'était le cas, il serait possible d'aplatir une sphère.
@CharlesHudgins: Je pense que nous nous disputons à contre-courant.Aussi petit que vous souhaitiez que l'écart par rapport à la planéité soit, il y a toujours une échelle à laquelle il est plus petit que cela.Cela signifie qu'il y a toujours une échelle sur laquelle la courbure ne peut pas être mesurée, * cependant * vous pouvez bien la mesurer.Cette échelle est «locale».Cela ne veut pas dire que la courbure est nulle, pas plus que cela signifie que toutes les fonctions analytiques sont linéaires: elles sont juste arbitrairement bien approximées par des fonctions linéaires sur une échelle convenablement petite.(Je pense aussi que cela devient long pour un fil de commentaires: cela ne me dérange pas mais certaines personnes le font ...)
#2
+56
guest
2019-05-26 18:05:23 UTC
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En gros, oui. Être sur une station spatiale en orbite est essentiellement en train de tomber à cause de la gravité, c'est juste que l'astronaute et la station spatiale continuent de manquer la Terre en raison de se déplacer constamment sur le côté afin de ne jamais frapper la / tomber sur la Terre. Mais ils tombent essentiellement.

Nos corps ne peuvent pas faire la différence, car toutes les parties de votre corps accélèrent et bougent au même rythme, ils ne sont pas sous tension les uns par rapport aux autres, c'est comme s'il n'y avait pas de force, aucune personne, peut ressentir de toute façon.

Il y a quelques différences mineures, les forces de marée, mais ces effets sont mineurs sauf si vous êtes en orbite près d'un trou noir, etc. Forces de marée: gravité légèrement plus forte près de la source de gravité, donc vos pieds, par exemple, sont légèrement plus forts , mais ces effets sont généralement mineurs. Les astronautes de l'ISS ne le ressentent certainement pas.

Le terme "zéro-g" signifie simplement que vous ne ressentez aucune gravité, pas qu'il n'y en a pas. Bien sûr, si vous étiez dans le vide, très loin de toute source de gravité, vous seriez toujours en "zéro-g" car vous n'en ressentiriez aucune ... car il n'y en a pas.

"g" fait ici référence à une chose appelée "accélération gravitationnelle sur Terre" btw, qui est $ g = 9.81 \: \ rm m / s ^ 2 $ . Les pilotes de chasse passent par 5g et plus parce qu'ils accélèrent beaucoup ... la gravitation elle-même n'a pas d'importance ici, il s'agit de l'accélération ressentie elle-même. Accent sur le feutre. Les astronautes accélèrent aussi, comme je l'ai dit, mais eux, les personnes, ne le sentent pas, car ils ne sont écrasés sur rien, comme les pilotes de chasse sont écrasés sur leurs moteurs à réaction.

Et notez que les pilotes de chasse ne ressentent les G que lorsqu'ils effectuent des manœuvres ou changent de vitesse.Le SR-71, même s'il va plus vite que la vitesse du son, ne ressent pas vraiment beaucoup de G en croisière.S'ils lancent les brûleurs arrière pour échapper aux tirs ennemis, alors oui, beaucoup jusqu'à ce que leurs corps aient fini d'accélérer.
Voici la référence au premier paragraphe: «(…) il y a un art à voler (…): comment se jeter au sol et manquer.»- Douglas Adams, "La vie, l'univers et tout"
Il faut mentionner que si vous tombiez dans le trou arrière, alors à un moment donné, les forces de marée vous déchireront en petits morceaux.Donc, dans un champ gravitationnel très fort - il y a une vraie différence entre tomber sous gravité et flotter.
@guest en dehors des effets de marée, y a-t-il des chutes libres «naturelles»?Ce que je veux dire par là, c'est que la nature affiche-t-elle une chute libre à quelque égard que ce soit?
@AgniusVasiliauskas Avec un trou noir suffisamment grand, les forces de marée à l'horizon des événements sont suffisamment petites pour qu'une personne puisse survivre.
@gansub eh bien, les orbites sont une chose aussi bien pour les objets naturels que pour les objets artificiels ...
-1
Il faudrait être infiniment éloigné de toute masse-énergie pour y parvenir en réalité zéro gravité.Comme vous avez vous-même la masse, c'est impossible.
Ou dans une perspective différente, vous devez être à une distance proportionnelle de chaque masse pour que les forces gravitationnelles s'additionnent à zéro.À moins que vous ne soyez une personne de forme très inhabituelle, cela est également impossible.
@Acccumulation Mais ... tomber plus loin après l'horizon pair dans la singularité - le corps sera déchiré en paix à un moment donné.Donc, toujours tomber sous un champ de gravité n'est pas la même chose que flotter dans l'espace.
#3
  0
Alchymist
2019-05-29 19:06:58 UTC
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Cette réponse se développe principalement sur les précédentes car je pense que l'on peut en dire un peu plus sur les forces de marée.

Flotter dans l'espace et tomber sous la gravité a uniform sont indiscernables si vous n'avez pas de points de référence externes à observer. Cependant, si vous tombez des pieds en premier (par exemple) vers la Terre ou vers toute autre planète, la gravité n'est pas uniforme pour plusieurs raisons.

Premièrement, vos pieds sont légèrement plus proches du centre de la Terre que votre tête, de sorte que vos pieds subissent une gravité légèrement plus forte que votre tête. Ceci est ressenti comme une (très petite) force essayant de vous étirer de la tête aux pieds.

Deuxièmement, comme l'attraction se fait effectivement vers un seul point au centre de la Terre, la direction de la gravité est très légèrement différente pour votre épaule gauche et votre épaule droite. Cela conduit à une très petite force nette qui vous comprime de chaque côté de votre corps et d'avant en arrière pour la même raison.

En pratique, avec quelque chose d'aussi petit qu'un humain et une gravité aussi faible, vous ne pourrez pas détecter les différences, mais ce sont les mêmes forces qui génèrent des marées lorsque vous arrivez à l'échelle de la Lune &. . Allant plus loin, Stephen Hawking est venu avec le mot spaghettification dans "Une brève histoire du temps" pour décrire l'effet d'un objet se rapprochant trop d'un trou noir et expérimentant ces forces. Le nom dit tout, vraiment.

La réponse la plus votée n'a pas manqué cela.Il mentionne spécifiquement les forces de marée et qu'elles peuvent essentiellement être omises lors de la mise en orbite d'objets comme la Terre, car les effets ne sont pas assez forts pour être remarqués.
@JMac En effet.Apprenez-moi à ne pas lire toutes les autres réponses suffisamment en premier.Je laisserai la réponse, cependant, à mesure qu'elle s'étendra sur les informations les plus votées.Je vais cependant modifier la première phrase, alors excusez-moi si votre commentaire n'a pas de sens pour les lecteurs ultérieurs.
#4
  0
kpv
2019-05-29 20:19:09 UTC
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Oui, ils sont tous les deux identiques (avec au moins une exception donnée ci-dessous), car leur état (de mouvement ou de repos) n'est influencé que par la seule "courbure de l'espace".Il n'y a pas d'autre force extérieure à l'œuvre. Parce qu'ils se déplacent / flottent librement sous l'influence de la "courbure de l'espace", ils ne ressentent pas cette courbure.Cet état est appelé apesanteur.Ils se sentent tous les deux en apesanteur.

Il y a cependant une exception: près du trou noir, la spaghettification devient perceptible / observable / douloureuse.

Ainsi, une personne tombant librement près d'un trou noir aura une sensation différente de celle d'une personne flottant librement dans un espace lointain ou tombant librement autour d'une planète ordinaire.

Veuillez regarder la réponse de Scott Seidman sur les aspects biologiques.
@LeloucheLamperouge Je ne pense pas que sa réponse sur l'aspect biologique soit bonne.L'étude qu'il cite ne regardait pas la chute libre.Il semble relier la perception à la fréquence de la force;mais pour une raison quelconque, il suppose que la chute libre a une certaine fréquence alors que le flottement ne l'a pas.Ni l'un ni l'autre n'ont de fréquence pour autant que je sache, et il n'a pas précisé quelle fréquence il attend de la chute libre.
@JMac: Je suis d'accord, même si elle est liée (ce que je n'ai pas vérifié), cette réponse serait très ronde pour arriver à un effet de spaghettification qui, je pense, n'a rien à voir avec les fréquences.La gravité n'a pas encore été quantifiée avec succès.
@kpv Je ne pense même pas qu'ils se réfèrent à l'effet de spaghettification.Même cela n'aurait pas de composants AFAIK _frequency_.Il y aurait différentes forces agissant sur différentes parties, provoquant des forces internes que vous pourriez ressentir;mais aucun de ceux-ci ne serait cyclique, et donc la fréquence n'est toujours pas pertinente.
@LeloucheLamperouge: Pensez-vous toujours que la réponse dont vous avez parlé, et l'effet de spaghettification que j'ai mentionné, sont liés?
@JMac: Merci, je pense moi aussi que la fréquence n'est pas liée à l'effet de spaghettification.
#5
-2
Scott Seidman
2019-05-28 21:30:24 UTC
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Bien que la physique soit équivalente, les deux sensations pourraient bien être perçues comme différentes.Le système qui détecte les accélérations a tendance à interpréter les fréquences plus élevées comme un mouvement de translation et les fréquences plus basses comme une réorientation par rapport à la gravité normale.(Voir Seidman, S., Telford, L. & Paige, G. Exp Brain Res (1998) 119: 307. https://doi.org/10.1007/s002210050346), par exemple).Les gens tombent rarement pour toujours .Parfois, nous tombons longtemps, cependant.J'imagine que l'expérience sensorielle de l'espace pourrait s'approcher de celle d'un saut en parachute, par exemple, qui aurait des composantes de très basse fréquence.

De plus, nos systèmes sensoriels savent que nous vivons dans un environnement de 1 g.Il y a un certain nombre d'illusions célèbres qui se produisent lorsque cela est violé (Cohen, Malcolm M. "Illusion d'ascenseur: Influences de l'activité des organes otolithiques et de la proprioception du cou." Perception & Psychophysics 14.3 (1973): 401-406, par exemple)

Je ne vois pas clairement comment l'article lié se rapporte à la situation décrite.Le libellé de l'article est un peu difficile à suivre pour moi, mais l'article porte sur «l'accélération linéaire _dynamique_», alors que tomber sous la gravité semble être plus proche de «l'accélération linéaire _statique_».L'article est un peu trop bio-médical pour que je puisse comprendre exactement ce qu'ils concluent.
Lors d'un saut en parachute, vous approchez rapidement de la vitesse terminale, à quel point vos organes internes ressentent le 1g normal à l'intérieur de votre poitrine, comme si vous étiez allongé sur une table.Vous n'êtes pas en * chute libre * à cause de la résistance de l'air.(J'ai fait du parachutisme une fois, et oui, vous ne ressentez cette sensation de chute qu'au début pendant quelques secondes.)
@JMac La question est est-ce que flotter dans l'espace * a le même sentiment * que tomber du ciel.La réponse physique est «les accélérations sont les mêmes», et la réponse psychophysique est «non» pour la plupart des circonstances impliquant des chutes réelles.Vous ne pouvez pas répondre à cela sans faire référence à la physiologie et à la psychophysique.Cela rend probablement la question hors sujet ici, et mieux adaptée à la pile d'exploration spatiale.
@ScottSeidman Il n'est même pas clair pour moi que le papier ait quelque chose à voir avec les chutes libres.
@JMac, cela a à voir avec la fréquence.L'extrapolation, de ma part, est que la chute libre est DC.Ce n'est pas exagéré.
@ScottSeidman Qu'entendez-vous par DC?Pas de fréquence?
AilihsdrsrCMT 0,0 Hz.
@ScottSeidman j'ai spécifiquement mentionné "dans une situation sans atmosphère".ce que vous dites, je suppose que c'est dans une vraie chute avec la résistance de l'air.alors certainement nous pourrions sentir la différence.mais s'il n'y avait pas d'ambiance, ce que vous avez dit sur l'aspect médical serait-il vrai?Ceci est la question.
@LeloucheLamperougele, oui, cela resterait vrai, jusqu'à ce que la personne s'évanouisse par manque d'oxygène!
@ScottSeidman Quelle différence de fréquence attendez-vous entre la chute libre sans que l'air ne nous frappe et le flottement dans l'espace?Aucun des deux ne doit avoir de composantes de fréquence.
@ScottSeidman Nous pouvons donc certainement ressentir la différence et toutes les autres réponses sont fausses car elles ignoraient les aspects biologiques?Je marquerai votre réponse comme la bonne réponse si vous pouviez écrire de manière détaillée sur cette fréquence dont vous avez parlé.
@LeloucheLamperougele oui.Je suis à une conférence jusqu'à la fin de la semaine, mais je ferai des mises à jour au cours du week-end.
"Les gens tombent rarement pour toujours. Parfois, nous tombons pendant longtemps, cependant" - Les gens en orbite tombent toujours librement pendant longtemps.
@kpv.Évidemment.C'est ce que l'OP appelle «flotter dans l'espace» et demande si cela ressemble à une chute.
@ScottSeidman Je pense que vous interprétez la question différemment de tout le monde, y compris OP.OP n'appelle pas la chute libre / l'orbite "flottant dans l'espace".Quand ils disent flottant dans l'espace, la question implique fortement qu'ils ne parlent d'aucune accélération agissant sur eux, c'est-à-dire loin de l'influence gravitationnelle flottant dans l'espace interstellaire.Ils veulent comparer cela avec la sensation de chute libre, où vous ressentez une accélération constante due à la gravité, mais pas d'autres forces.Vous semblez laisser entendre que l'un de ces scénarios a une composante de fréquence, mais on ne sait pas comment.
L'orbite est une chute libre continue.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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