Почему мы не можем думать о свободном падении как о перевернутой ракете?

Фактически, в случае B, если ракета действительно ускоряется в g вниз, вблизи земли, это «свободное падение»: m остается в воздухе.

За исключением этой детали, основное различие между ракетами и рулем высоты заключается в тяге.

Никакая тяга не толкает лифт во время свободного падения. Отсутствие тяги означает, что к его обитателям не применяется сила, а значит, нет и чувства гравитации.

Но если прикрепить ракеты вниз к свободно падающему лифту, то можно удариться головой о потолок :)

Ааа. Распространенная путаница при работе с падающими лифтами.

Базовая точка в том, что если вы находитесь в свободном падении , вы не почувствуете никакой силы; вы будете видеть только то, что ваше окружение движется быстро. Если вы находитесь в закрытом лифте в свободном падении (пренебрегая вязкостью и прочим), вы будете чувствовать себя невесомым, и не будет ничего, что указывало бы на то, что вы находитесь на Земле в свободном падении.

Основное отличие ракеты от падающего лифта в том, что на нее не действует гравитационная сила (на достаточном расстоянии от Земли). Всякий раз, когда «ракета» используется в любом объяснении теории относительности, предполагайте, что она находится далеко от каких-либо гравитационных тел.

С этого момента я буду ссылаться на псевдосилу, пожалуйста, посмотрите мое краткое объяснение ниже, если вы не знаете, что это такое

В ракете чувствуешь псевдосилу($=-m\vec{a}$) против направления ускорения, которое прижимает вас к стене/полу/к чему бы то ни было.

В падающем лифте тоже чувствуешь псевдосилу($=-m\vec{g}$), но вас также притягивает гравитация Земли ($=+m\vec{g}$). Таким образом, чистая сила, которую вы чувствуете, равна нулю.

Другой способ взглянуть на это так (в наземной системе отсчета): в ракете ваша инерция хочет удерживать вас в покое, но ракета движется. Итак, когда ракета стартует (в свободном от гравитации пространстве), вы останетесь неподвижными относительно космоса, но будете двигаться относительно ракеты. Как только вы столкнетесь со стенкой ракеты, ракета может «толкать» вас вперед, так что вы будете двигаться с тем же ускорением, что и ракета.

С другой стороны, в падающем лифте лифт движется с$g$, и вы тоже (из кадра земли). Так что нет необходимости в этом дополнительном «толчке» от лифта.

Подведение итогов

1. «Почему мы не можем думать о лифте как о перевернутой ракете?»: Это потому, что гравитация действует на лифт, а не на ракету. Лифт ускоряется гравитацией (как и вы), но ракета ускоряется своими двигателями (и вы получаете ускорение, только если прилипнете к стене и вас толкнут)
2. В свободном падении чувствуешь себя невесомым

Да, и еще одно, для ракеты в космосе нет смысла "поднимается" и "опускается". Это нормально использовать при ссылке на одну диаграмму, но поскольку в пространстве нет «верха» и «низа», первые две диаграммы — это одно и то же . Именно то, как они нарисованы, в первую очередь привело к путанице.

Псевдосилы

Всякий раз, когда мы рассматриваем систему из ускоренной системы отсчета, существует «псевдосила» или «ложная сила», которая, по-видимому , действует на тела. Обратите внимание, что эта сила на самом деле не сила, а скорее нечто, что кажется действующим. Математический трюк, если хотите.

Возьмем простой случай. Вы ускоряетесь с$\vec{a}$в космосе, и вы видите маленький шарик, плавающий вокруг. Это в идеальном вакууме, без электрических/магнитных/гравитационных и т.д. полей. Итак, мяч не ускоряется.

Но, с вашей точки зрения, мяч разгоняется с ускорением$-\vec{a}$, назад относительно вас. Теперь вы знаете, что в космосе нет никаких полей, но вы видите ускорение частицы. Из этого можно либо сделать вывод, что вы ускоряетесь, либо решить, что существует какая-то неизвестная сила,$-m\vec{a}$, действующий на шар. Эта сила является псевдосилой. Это математически позволяет нам смотреть на мир с точки зрения ускоренной системы отсчета и выводить уравнения движения со всеми значениями, относящимися к этой системе отсчета. Много раз решать задачи с наземного кадра становится неприятно, поэтому мы используем это. Но подчеркну еще раз, это не настоящая сила .

Вы не можете. Потому что ракета находится в зоне, свободной от гравитации. Когда она ускоряется вниз, масса внутри ракеты испытывает силу, пропорциональную ее ускорению в противоположном направлении. Это заставляет массу внутри ракеты двигаться к полу. Но для свободно падающего лифта в гравитационном поле масса внутри него не испытывает силы, поэтому он останется в покое.