Сила гравитации и ИСО

[Toolt]

Возможно вопрос уже ранее задавался на форуме, но пока не нашел... Вроде бы вопрос детский, но объяснения, которые видел, сложны для понимания, и в основном в них используются принципы ОТО...
Согласно Принципу эквивалентности Эйнштейна, в однородном гравитационном поле все движения происходят точно так же, как в равномерно ускоренной системе координат в отсутствии поля тяготения; соответственно, невозможно отличить одну причину ускорения от другой, если рассматривать область достаточно малых размеров. На примере "лифта Эйнштейна" это очень даже понятно.
Но не совсем понятно, если представить эту же ситуацию, но "без лифта". В этом случае вроде бы отличить очень даже легко:
- Тело, свободно падающее в гравитационном поле, имеет ускорение, которое однако никак себя не выдает: никакие части тела и предметы, находящиеся на нем, не испытывают "перегрузок"; акселерометр покажет ноль, при падении двух тел мячик, брошенный под прямым углом с одного тела, отскочит от другого так же перпендикулярно, точно в точку вылета. То есть, тела ведут себя так, как будто они покоятся или движутся равномерно.
- Тело, движущееся вне гравитационного поля под воздействием ракетного двигателя с точно таким же ускорением, имеет совершенно иные свойства: все части тела испытывают перегрузки, акселерометр покажет ускорение, мячик "отстанет" и отскочит в другую точку.
Собственно вопросов два:
1. Является ли Система отсчета, связанная с телом, движущимся равноускоренно под действием силы гравитации, Инерциальной?
2. Как объяснить, что ускорения, вызванные действием "обычных" сил (реактивной, упругости и т.д.) радикально отличаются по своему воздействию и проявлениям от ускорений, вызываемых силой гравитации? (Несмотря на то, что Принцип эквивалентности утверждает полную одинаковость этих причин ускорений).
По первому вопросу могу лишь предположить, что Система отсчета, связанная с телом, движущимся равноускоренно под действием силы гравитации, считается Инерциальной по некоей всеобщей договоренности, поскольку в ней выполняются Законы Ньютона.
По второму вопросу получается, что все дело в наличии или отсутствии "опоры", по реакции которой можно обнаружить наличие ускорения.
Однако, на самом деле эти мои "объяснения" ничего не объясняют...

[Утундрий]

(Оффтоп)

Очередная попытка найти глубокую внутреннюю связь между сверлящим свойством взгляда и филологическими характеристиками слова "бетон" (с)

[Pphantom]

Toolt в сообщении #1490143 писал(а):

Собственно вопросов два:

И, что интересно, оба, скажем мягко, малоосмысленны.

Toolt в сообщении #1490143 писал(а):

1. Является ли Система отсчета, связанная с телом, движущимся равноускоренно под действием силы гравитации, Инерциальной?

Дайте определение инерциальной системы отсчета. Затем сравните обсуждаемую систему с определением.

Toolt в сообщении #1490143 писал(а):

2. Как объяснить, что ускорения, вызванные действием "обычных" сил (реактивной, упругости и т.д.) радикально отличаются по своему воздействию и проявлениям от ускорений, вызываемых силой гравитации? (Несмотря на то, что Принцип эквивалентности утверждает полную одинаковость этих причин ускорений).

Внимательно перечитайте формулировку принципа эквивалентности (хотя бы собственную несколькими строками выше) и найдите в ней что-либо про "полную одинаковость причин".

[Geen]

Вы находитесь в закрытом лифте и дл наблюдения Вам доступно только то, что происходит в нём. По каким признакам Вы можете установить, что лифт движется с ускорением (и куда)?

[Toolt]

Pphantom,
Ну, может быть и малоосмысленные вопросы, но достаточно распространенные, хотелось бы разобраться...
Инерциальная система отсчёта — это система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
При этом в любом случае, если, например, систему отсчета связать со свободно падающим телом, либо рассмотреть его движение по отношению к иной инерциальной системой отсчета, то получается, что свободно падающее тело не может быть ИСО. То есть, не ИСО. Но все законы механики выполняются. То есть ИСО?
Да, не "полную одинаковость причин", а невозможно отличить одну причину ускорения от другой. Но суть проблемы для меня не меняется.

-- 01.11.2020, 00:01 --

Geen в сообщении #1490146 писал(а):

Вы находитесь в закрытом лифте и дл наблюдения Вам доступно только то, что происходит в нём. По каким признакам Вы можете установить, что лифт движется с ускорением (и куда)?

Если нет никаких иных приборов или предметов, то по силе и направлению реакции опоры на тело, по реакции каждой из частей тела. Но к вопросу мне это кажется мало что дает. Движутся две ракеты в одном направлении с одинаковым ускорением: одна под действием ракетного двигателя, другая - под действием силы гравитации. Ускорение одинаковое, отличить две ситуации, находясь в этих ракетах, очень легко.

[Pphantom]

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

Ну, может быть и малоосмысленные вопросы, но достаточно распространенные

Распространенные где?

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

Инерциальная система отсчёта — это система отсчёта, в которой все свободные тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.

Хорошо, пусть так.

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

то получается, что свободно падающее тело не может быть ИСО. То есть, не ИСО.

Да, то есть не ИСО. Все, вопрос решен.

И как, вам это чем-то помогло?

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

Да, не "полную одинаковость причин", а невозможно отличить одну причину ускорения от другой. Но суть проблемы для меня не меняется.

Так в чем проблема? То, что разные причины могут приводить к неотличимым последствиям? Ну да, в данном случае это так, оказывается, что природа так устроена (а еще точнее - у нас нет оснований считать, что она устроена иначе).

[Toolt]

Увы, не помогло. То есть, не ИСО. Спасибо. Но, это значит в НИСО выполняются законы механики. Но вроде бы не должны?

Про две ракеты в посте выше. То есть, "такова природа"? То есть, лифт Эйнштейна "наоборот" не работает? Находясь в двух ракетах мы легко отличим природу ускорений? Потому что такова природа?

[Утундрий]

ОТО более ста лет. В чём проблема её выучить?

[wrest]

Toolt в сообщении #1490150 писал(а):

То есть, лифт Эйнштейна "наоборот" не работает?

Работает во всех направлениях. Если в нём невесомость, то вы не сможете определить по какой причине: то ли он в космосе вдали от гравитации, то ли падает на планету, или например на орбите планеты.

[Pphantom]

Toolt в сообщении #1490150 писал(а):

Увы, не помогло. То есть, не ИСО. Спасибо. Но, это значит в НИСО выполняются законы механики. Но вроде бы не должны?

А это опять-таки как определите. В этом случае ваша проблема сводится к тому, что вы используете разные наборы определений и формулировок тех или иных утверждений, удивляясь, что они, оказывается, не всегда согласованы друг с другом (а кто сказал, что должны были?).

Усиливает эффект то, что часть утверждений используется не в оригинале, а в "популярном изложении", которое, как всякое упрощение, является только некоторым приближением, не всегда корректным.

Toolt в сообщении #1490150 писал(а):

То есть, лифт Эйнштейна "наоборот" не работает? Находясь в двух ракетах мы легко отличим природу ускорений? Потому что такова природа?

Работает, не отличим (правда, как обеспечить такую ситуацию, непонятно, но допустим, что нам удалось). Сначала написал это, потом понял, что имеющаяся формулировка (из сообщения выше) допускает разные трактовки. Во второй отличим, но это не "лифт Эйнштейна наоборот".

Собственно говоря, надо понимать простую вещь. Если бы ОТО можно было полностью и без "натяжек" описать в терминах рассуждений про "лифт Эйнштейна" и прочие подобные модели, то никто не стал бы возиться с реально существующим описанием - незачем, из двух эквивалентных описаний всегда выбирается более простое. А раз все же возятся, то, надо полагать, "простые рассуждения" оказываются не вполне адекватными. Следовательно, надо либо спокойно относиться к тому, что в упрощенном описании некоторые детали окажутся не вполне логичными, либо таки брать и честно разбираться с полноценной теорией.

[wrest]

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

Движутся две ракеты в одном направлении с одинаковым ускорением: одна под действием ракетного двигателя, другая - под действием силы гравитации. Ускорение одинаковое, отличить две ситуации, находясь в этих ракетах, очень легко.

Отличить невозможно.

[Toolt]

Утундрий в сообщении #1490152 писал(а):

ОТО более ста лет. В чём проблема её выучить?

Понял. Значит, без ОТО объяснить не получится.

[sergey zhukov]

Toolt
Если принять, что гравитация - это просто другое название для свойства кривизны пространства-времени, то гравитационную силу следует признать псевдосилой. Если ваш акселерометр показывает ноль - на вас не действуют силы, вы движетесь свободно. С вами связана локально инерциальная система отсчета, иначе говоря, локально пространство-время вокруг вас всегда плоское. Это, конечно, не совсем похоже на ИСО в обычном понимании: такая ИСО бесконечно мала. Как только мы начинаем рассматривать что-то конечных размеров, как сразу выясняется, что в каждой отдельной точке у нас ИСО, а в области конечных размеров - что-то другое.

Уже даже в одном лишь пространстве переменной кривизны (без времени) тело конечного размера, состоящее из множества частиц, в общем случае не может перемещаться, как абсолютно твердое. Потому, что это значило бы сохранение расстояний между всеми точками тела при его движении, а в искривленном пространстве переменной кривизны это невозможно. Там нет параллельных прямых. Значит, любое тело конечных размеров будет при движении в искривленном пространстве-времени испытывать некие меняющиеся деформации и напряжения - приливные силы. Эти силы с бОльшим основанием можно называть "силой гравитации".

Ускорение, как и скорость, тоже не абсолютно и зависит от системы координат. Т.е. не нужно думать, что если лифта пропал, то у вас появляется какое-то абсолютное ускорение, которое вы можете попытаться обнаружить.

Насчет двух ракет: в ракете, которая ускоряется, вы движетесь не свободно - на вас давит пол. В ракете, которая падает в гравитационном поле, вы движетесь свободно. Поэтому эти ситуации легко различить. В лифте Эйнштейна (стоит на земле или ускоряется в космосе) ваше движение в обоих случаях не свободно, поэтому различий сделать нельзя.

[Toolt]

wrest в сообщении #1490155 писал(а):

Toolt в сообщении #1490147 писал(а):

Движутся две ракеты в одном направлении с одинаковым ускорением: одна под действием ракетного двигателя, другая - под действием силы гравитации. Ускорение одинаковое, отличить две ситуации, находясь в этих ракетах, очень легко.

Отличить невозможно.

Как это невозможно? Ракета падает на Землю с ускорением 9,8 - В ракете невесомость. Ракета движется в глубоком космосе с включенными двигателями с ускорением 9,8 - в ракете все признаки силы тяжести, вес прижимает предметы к "полу". Отличить легко.

-- 01.11.2020, 00:40 --

sergey zhukov в сообщении #1490157 писал(а):

Если принять, что гравитация - это просто другое название для свойства кривизны пространства-времени, то гравитационную силу следует признать псевдосилой. ...
Насчет двух ракет: в ракете, которая ускоряется, вы движетесь не свободно - на вас давит пол. В ракете, которая падает в гравитационном поле, вы движетесь свободно. Поэтому эти ситуации легко различить. В лифте Эйнштейна (стоит на земле или ускоряется в космосе) ваше движение в обоих случаях не свободно, поэтому различий сделать нельзя.

Признать гравитационную силу псевдосилой - это допустимо?
Давит пол, то есть дело в реакции опоры, то есть если есть реакция опоры (какая угодно) - уже несвободное движение, понятно.

[wrest]

Toolt в сообщении #1490158 писал(а):

Ракета падает на Землю с ускорением 9,8 - В ракете невесомость. Ракета движется в глубоком космосе с включенными двигателями с ускорением 9,8 - в ракете все признаки силы тяжести, вес прижимает предметы к "полу". Отличить легко.

Так в первом случае [локальное] ускорение ноль, а во втором не ноль.

-- 31.10.2020, 23:49 --

Toolt в сообщении #1490156 писал(а):

Понял. Значит, без ОТО объяснить не получится.

Так ОТО не объясняет принцип эквивалентности, а на нём основывается.