Autor Tema: ¿Qué pasaría si la distancia en la formula de gravitación cambiara?

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28 Octubre, 2023, 03:38 am
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magazo

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Hola amigos ,agradezco ayuda...he leído que si en lugar de  \( r^2 \) sea \( r^3 \), el sol absorberóa a los planetas o los electrones caerían a los núcleos y la vida no seria posible mas no encuentro en toda la web una demostración o fundamento matemático de esta afirmación agradezco sepan de un texto o alguna demostración que conozcan gracias

28 Octubre, 2023, 05:02 am
Respuesta #1

Richard R Richard

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Hola amigos ,agradezco ayuda...he leído que si en lugar de  \( r^2 \) sea \( r^3 \), el sol absorberóa a los planetas o los electrones caerían a los núcleos y la vida no seria posible mas no encuentro en toda la web una demostración o fundamento matemático de esta afirmación agradezco sepan de un texto o alguna demostración que conozcan gracias


Yo no conozco ninguna, pero supongo que todo comienza cuando supones que la fuerza de atracción gravitatoria está relacionada con el potencial gravitatorio a través de

$$m\nabla V=-m\vec g=-\vec F$$

si $$V=-\dfrac{GM}{r}$$ todo cuadra $$\vec F=\dfrac{mGM}{r^2}\color{blue}\dfrac{\vec r}{| r|}=\dfrac{mGM}{|r|^3}\vec r\color{\black}$$

Pero con la fuerza dependiendo del cubo de la distancia

$$V_{3*}=-\dfrac{GM}{2r^2}$$ entonces $$\vec F=\dfrac{mGM}{{\color{blue}|r^3|\color{black}}}\dfrac{\vec r}{| r|}=\color{blue}\dfrac{mGM}{r^{4}}\vec r\color{black}$$


corregido

y tienes que hacer cumplir las leyes de la conservación de la energía y la conservación del momento angular


aclaro por las dudas $$\vec r$$ es el el vector radial, lo puedes escribir en coordenadas esféricas como $$\vec r=(r,0,0)$$


Saludos
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

28 Octubre, 2023, 05:10 pm
Respuesta #2

magazo

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Ok muchas gracias manejo física básica, ¿podría decirme que es la v con la flechita?.





si $$V=-\dfrac{GM}{r}$$ todo cuadra $$F=\dfrac{mGM}{r^2}$$

Pero con la fuerza dependiendo del cubo de la distancia

$$V_{3*}=-\dfrac{GM}{2r^2}$$ entonces $$F=\dfrac{mGM}{r^2}$$



Disculpe la formula de \( r^2 \) la veo igual que la de  \( r^3 \), ¿habrá algún error?. Gracias!!

28 Octubre, 2023, 07:20 pm
Respuesta #3

Richard R Richard

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Hola, gracias por avisar por los gazapos de tipografía

$$V$$ es un potencial escalar por lo tanto no lleva flechita, no es un vector

pero $$\nabla V$$ = es su gradiente y es una magnitud vectorial, pero no se escribe con flechita , cualquier vector con el que lo pongas en proporcionalidad como es la fuerza $$\vec F$$si es un vector y lleva la flechita indicando que es vector.

Agrego: las ecuaciones de movimiento de los cuerpos sometidos a fuerzas centrales bajo esos potenciales salen de aplicar las ecuaciones de l lagrangiano y a este las ecuaciones de euler lagrange

$$L=T-mV$$  donde T es la energía cinetica y $$mV$$ es la energía potencial gravitatoria del sistema (masa del objeto por el potencial gravitatorio)

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot{q}_i}\right) - {\partial L\over\partial q_i} = 0$$

donde las $$q_i$$ , son las coordenadas generales del sistema  en este caso $$(r,\theta,\phi)$$

tienes tres ecuaciones movimiento posibles a desarrollar para checar si realmente, se chocaran los objetos contra la fuente del Potencial

para $$r$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot r}\right) - {\partial L\over\partial r} = 0$$

para $$\theta$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot \theta}\right) - {\partial L\over\partial \theta} = 0$$

para $$r$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot \phi}\right) - {\partial L\over\partial \phi} = 0$$

por lo general lo que se hace es elegir un plano que contiene a las dos masas y al vector velocidad inicial de la masa $$m$$

así con posición inicial  $$\theta_i =0$$ y $$\phi=\dfrac{\pi}2$$ el movimiento solo se produce con un único parámetro $$t$$ sobre las variables $$r$$ y$$\theta$$ mientras $$\phi$$ es constante
 
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

28 Octubre, 2023, 11:05 pm
Respuesta #4

magazo

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Hola, gracias por avisar por los gazapos de tipografía

$$V$$ es un potencial escalar por lo tanto no lleva flechita, no es un vector

pero $$\nabla V$$ = es su gradiente y es una magnitud vectorial, pero no se escribe con flechita , cualquier vector con el que lo pongas en proporcionalidad como es la fuerza $$\vec F$$si es un vector y lleva la flechita indicando que es vector.

Agrego: las ecuaciones de movimiento de los cuerpos sometidos a fuerzas centrales bajo esos potenciales salen de aplicar las ecuaciones de l lagrangiano y a este las ecuaciones de euler lagrange

$$L=T-mV$$  donde T es la energía cinetica y $$mV$$ es la energía potencial gravitatoria del sistema (masa del objeto por el potencial gravitatorio)

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot{q}_i}\right) - {\partial L\over\partial q_i} = 0$$

donde las $$q_i$$ , son las coordenadas generales del sistema  en este caso $$(r,\theta,\phi)$$

tienes tres ecuaciones movimiento posibles a desarrollar para checar si realmente, se chocaran los objetos contra la fuente del Potencial

para $$r$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot r}\right) - {\partial L\over\partial r} = 0$$

para $$\theta$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot \theta}\right) - {\partial L\over\partial \theta} = 0$$

para $$r$$

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot \phi}\right) - {\partial L\over\partial \phi} = 0$$

por lo general lo que se hace es elegir un plano que contiene a las dos masas y al vector velocidad inicial de la masa $$m$$

así con posición inicial  $$\theta_i =0$$ y $$\phi=\dfrac{\pi}2$$ el movimiento solo se produce con un único parámetro $$t$$ sobre las variables $$r$$ y$$\theta$$ mientras $$\phi$$ es constante
 


Muchas gracias le agradezco manejo hasta calculo integral y parece que debo saber ecuaciones diferenciales verdad?

Me extraña que este tema  que da para mucha imaginación no se trate en libros o videos...como seria vivir en un mundo con \( 1/r^3 \), \( r^4 \) ¿por qué solo \( 1/r^3 \)? Espero sus comentarios gracias!!

29 Octubre, 2023, 01:26 am
Respuesta #5

Richard R Richard

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Muchas gracias le agradezco manejo hasta calculo integral y parece que debo saber ecuaciones diferenciales verdad?


Para nada debes saber de ecuaciones diferenciales, observa que son derivadas de funciones polinómicas de bajo grado, nada complicado

$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot{q}_i}\right) - {\partial L\over\partial q_i} = 0$$

Te expreso esa ecuación en palabras  si llamas lagrangiano a la función matemática que es la diferencia entre la energía cinetica y la potencial del sistema, le haces la derivada respecto de la velocidad de esa variable $$r,\theta o \phi$$ y luego respecto del tiempo y a eso le restas la derivada del lagrangiano respecto de la misma variable y lo igualas a cero, las ecuaciones que se obtienen son las del movimiento $$r(t),\theta(t)$$ o $$\phi(t)$$ respecto de esa variable.



Me extraña que este tema  que da para mucha imaginación no se trate en libros o videos...como seria vivir en un mundo con 1/r^3,r^4 por que solo 1/r^3?? espero sus comentarios gracias!!


Justamente, no encuentras nada pues como no es algo real y que no sucede en la naturaleza, nadie postea algo que no sucederá en la vida real o en la naturaleza  y no sirve entonces para nada, para lo único que puede servir es para ver es que las cosas si funcionan en la naturaleza de una forma única , muy aproximada  a lo que indican esas ecuaciones y que somos capaces de interpretarla y predecir lo que ocurrirá planteando unas ecuaciones que representan la interacción gravitatoria en ese modelo, es obvio que con otras condiciones $$r^{-3}$$, $$e^{-r}$$, $$k\sin (r)$$ o cualquier otra función que se me ocurra , no funcionará (pasará algo diferente a lo que se observa en la naturaleza, ejemplo no habrá órbitas elípticas, parabólicas , choques inevitables ,etc, si hay algún tipo de trayectoria posible seguro no será del tipo de las que conocemos), podríamos decir que si hay posibilidades de que algo pase en la naturaleza, entonces en algún lado del universo pasa cuando se dan ciertas condiciones, pero si es imposible que pase,  no pasará en ningún lado, y todo cálculo relacionado con ese caso no tiene nada de instructivo o útil salvo para el estudiante que tiene que ejercitar el cálculo de derivadas y está viendo también el tratamiento energético de un sistema dinámico de dos cuerpos mediante mecánica lagrangiana y hamiltoniana.


Pd: si lo que quieres es hallar r(t) entonces si hay que resolver unas EDOS sencillas que aparecen en todos lo libros.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

29 Octubre, 2023, 02:17 am
Respuesta #6

magazo

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Justamente, no encuentras nada pues como no es algo real y que no sucede en la naturaleza, nadie postea algo que no sucederá en la vida real o en la naturaleza  y no sirve entonces para nada, para lo único que puede servir es para ver es que las cosas si funcionan en la naturaleza de una forma única , muy aproximada  a lo que indican esas ecuaciones y que somos capaces de interpretarla y predecir lo que ocurrirá planteando unas ecuaciones que representan la interacción gravitatoria en ese modelo, es obvio que con otras condiciones $$r^{-3}$$, $$e^{-r}$$, $$k\sin (r)$$ o cualquier otra función que se me ocurra , no funcionará (pasará algo diferente a lo que se observa en la naturaleza, ejemplo no habrá órbitas elípticas, parabólicas , choques inevitables ,etc, si hay algún tipo de trayectoria posible seguro no será del tipo de las que conocemos), podríamos decir que si hay posibilidades de que algo pase en la naturaleza, entonces en algún lado del universo pasa cuando se dan ciertas condiciones, pero si es imposible que pase,  no pasará en ningún lado, y todo cálculo relacionado con ese caso no tiene nada de instructivo o útil salvo para el estudiante que tiene que ejercitar el cálculo de derivadas y está viendo también el tratamiento energético de un sistema dinámico de dos cuerpos mediante mecánica lagrangiana y hamiltoniana.[/size]

Ok gracias. Le cito del libro Superfuerza de P. Davies "Puede demostrarse que si, por ejemplo, el Sol generara un campo gravitatorio de la inversa del cubo, los planetas trazarían una rápida espiral hacia él y serían absorbidos" lo cual parece absurdo al ser \( 1/r^3 \),la fuerza va a ser mucho menor y mas bien los planetas al estar mas lejos escaparían. Gracias por su opinión.

Mensaje corregido desde la administración: por favor, cuida la ortografía.

29 Octubre, 2023, 04:05 am
Respuesta #7

Richard R Richard

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Ok gracias. Le cito del libro Superfuerza de P. Davies "Puede demostrarse que si, por ejemplo, el Sol generara un campo gravitatorio de la inversa del cubo, los planetas trazarían una rápida espiral hacia él y serían absorbidos" lo cual parece absurdo al ser \( 1/r^3 \),la fuerza va a ser mucho menor y mas bien los planetas al estar mas lejos escaparían. Gracias por su opinión.

Cito el parrafo del libro

Cita de: P.Davies
§. ¿Por qué tres?
Sea cual fuere la dimensión real del espacio, es indudable que sólo tres dimensiones se hacen evidentes a nuestros sentidos. Muchos científicos se han preguntado si es posible explicar por qué la naturaleza ha seleccionado precisamente tres. ¿Es un número único en algún sentido?
En 1917 el físico Paul Ehrenfest escribió un ensayo titulado "¿De qué modo se pone de manifiesto en las leyes fundamentales de la física que el espacio posee tres dimensiones?" Ehrenfest dirigió su atención a la existencia de órbitas estables, del tipo seguido por los planetas en torno al Sol o por un electrón en torno al núcleo atómico. La omnipresencia de las leyes de la inversa del cuadrado es bien conocida. En el Capítulo 5 vimos como las fuerzas gravitatoria, eléctrica y magnética satisfacen todas ellas esta ley. En 1747 Immanuel Kant ya reconoció la profunda conexión entre esta ley y la tridimensionalidad del espacio. Las ecuaciones que describen los
campos gravitatorio o eléctrico pueden ser generalizadas fácilmente a otras dimensiones. Sus soluciones revelan que en un espacio de n dimensiones tenemos que tratar con una ley de la inversa de la potencia \( n - 1 \). Así, en tres dimensiones, \( n - 1 = 2 \), y la ley es la inversa del cuadrado. En cuatro dimensiones, \( n - 1 =3 \), obteniendo así una ley de la inversa del cubo. Y así sucesivamente. Puede demostrarse que si, por ejemplo, el Sol generara un campo gravitatorio de la inversa del cubo, los planetas trazarían una rápida
espiral hacia él y serían absorbidos.

Efectivamente , intuyes bien , no se porqué dice eso,  aun partiendo del equilibrio de aceleraciones entre gravitación y centrípeta la trayectoria que se puede simular por ordenador es parabólica , esto se debe a que la velocidad para la orbita circular es idénticamente igual a la velocidad de escape.  A menos que haya cometido error, que no lo creo, ya que si cambio el exponente de 3 a 2 obtengo una circunferencia como trayectoria

la velocidad de equilibrio de fuerzas inicial sale de  $$\dfrac{mGM_s}{r^{exp}}=\dfrac{mv_i^2}{r}$$ de donde $$v_i=\sqrt{\dfrac{GM_s}{r^{exp-1}}}$$ donde aquí $$exp=3$$

y la velocidad de escape surge de $$\dfrac12mv_e^2-\dfrac{mGM_s}{(exp-1)r^{exp-1}}=0$$ de donde sale que $$v_i=v_e$$ cuando $$exp=3$$

PD Para exponentes de modulos mayores se ve que la velocidad de escape es menor que la de equilibrio  circular, por lo que no serán posibles órbitas circulares.

Saludos
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

30 Octubre, 2023, 05:35 pm
Respuesta #8

magazo

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muchas gracias le agradezco manejo hasta calculo integral y parece que debo saber ecuaciones diferenciales verdad?


Para nada debes saber de ecuaciones diferenciales, observa que son derivadas de funciones polinómicas de bajo grado, nada complicado


$${d\over dt }\left({\partial L\over\partial \dot{q}_i}\right) - {\partial L\over\partial q_i} = 0$$

Te expreso esa ecuación en palabras  si llamas lagrangiano a la función matemática que es la diferencia entre la energía cinetica y la potencial del sistema, le haces la derivada respecto de la velocidad de esa variable $$r,\theta o \phi$$ y luego respecto del tiempo y a eso le restas la derivada del lagrangiano respecto de la misma variable y lo igualas a cero, las ecuaciones que se obtienen son las del movimiento $$r(t),\theta(t)$$ o $$\phi(t)$$ respecto de esa variable.




Me extraña que este tema  que da para mucha imaginación no se trate en libros o videos...como seria vivir en un mundo con 1/r^3,r^4 por que solo 1/r^3?? espero sus comentarios gracias!!



Justamente, no encuentras nada pues como no es algo real y que no sucede en la naturaleza, nadie postea algo que no sucederá en la vida real o en la naturaleza  y no sirve entonces para nada, para lo único que puede servir es para ver es que las cosas si funcionan en la naturaleza de una forma única , muy aproximada  a lo que indican esas ecuaciones y que somos capaces de interpretarla y predecir lo que ocurrirá planteando unas ecuaciones que representan la interacción gravitatoria en ese modelo, es obvio que con otras condiciones $$r^{-3}$$, $$e^{-r}$$, $$k\sin (r)$$ o cualquier otra función que se me ocurra , no funcionará (pasará algo diferente a lo que se observa en la naturaleza, ejemplo no habrá órbitas elípticas, parabólicas , choques inevitables ,etc, si hay algún tipo de trayectoria posible seguro no será del tipo de las que conocemos), podríamos decir que si hay posibilidades de que algo pase en la naturaleza, entonces en algún lado del universo pasa cuando se dan ciertas condiciones, pero si es imposible que pase,  no pasará en ningún lado, y todo cálculo relacionado con ese caso no tiene nada de instructivo o útil salvo para el estudiante que tiene que ejercitar el cálculo de derivadas y está viendo también el tratamiento energético de un sistema dinámico de dos cuerpos mediante mecánica lagrangiana y hamiltoniana.



Pd: si lo que quieres es hallar r(t) entonces si hay que resolver unas EDOS sencillas que aparecen en todos lo libros.


muchas gracias !! como le comente manejo el fisica de sears y no he visto alli que usen mucho esas derivadas de funciones polinómicas o lagrangianos no se si deba irme a un texto mas "duro" como el landau o alguno que me recomiende muchas gracias !!


30 Octubre, 2023, 11:26 pm
Respuesta #9

Richard R Richard

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