¿Por qué un globo cae lentamente al suelo y una bola cae más rápido, a pesar de que la gravedad es la misma para ambos objetos (es decir, 9.8 m / seg2)?

Todos ya lo han dicho, pero sí, se debe a las condiciones ambientales.

Tienes razón: tanto la pelota como el globo experimentan el mismo tirón gravitacional. En teoría, si estuvieran en el vacío, caerían a la misma aceleración y golpearían el suelo al mismo tiempo.

Pero esto es la Tierra, y la Tierra tiene una variable principal que no tiene un vacío: una atmósfera, es decir, una “capa” de aire.

El aire esencialmente ejerce fricción sobre todo lo que cae. Es por eso que los objetos tienen una “velocidad de caída” máxima llamada velocidad terminal, que es la velocidad que alcanza un objeto por la cual, en ese punto, las fuerzas de fricción de la atmósfera contrarrestan la aceleración gravitacional, creando un cambio neto de cero y una constante velocidad.

La fórmula para la velocidad terminal es esta:

Tenga en cuenta que la masa juega un papel importante, y aquí es donde las diferencias entre un globo y una pelota son importantes. Suponiendo que son del mismo tamaño, el detalle importante es que la “piel” de un globo está hecha de materiales diferentes y más livianos que la pelota. Esto se debe a que la pelota tiene una función diferente a la del globo (el globo debe flotar y la pelota debe jugarse, por lo que debe ser más resistente).

Debido a sus diferentes pieles, la pelota tiene una masa más alta que el globo, por lo que, en teoría, debería tener una velocidad terminal más alta.

Es por eso que la pelota cae más rápido que el globo en la Tierra.

Esa es una buena pregunta, y su experimento es válido debido a la atmósfera . Pero déjame ser un poco más específico.

Esta observación es el efecto combinado de:

1. Fricción con aire que solo depende de la sección transversal del objeto y su velocidad. (Entonces, si ambos objetos tienen la misma forma y el mismo volumen, sienten la misma fuerza con respecto a su velocidad. Pero esta fuerza tiene menos efecto en la aceleración del objeto más pesado debido a la Segunda Ley de Newton).
2. Fuerza de flotabilidad del aire sobre los objetos . El objeto más denso es menos soportado por el aire que el otro. Es por eso que incluso puedes tener la extraña observación de que un globo lleno de helio no solo “caería más lento” que la otra bola, ¡sino que incluso comenzaría a subir! Como se mencionó en un comentario, para volúmenes iguales, flotabilidad igual, pero nuevamente esta fuerza tendrá un efecto más dramático en el cuerpo con la masa más baja.

Entonces, en general … las plumas caen más lentamente que las bolas, principalmente debido a la fricción. Los globos caen más lentamente que las bolas principalmente debido a la flotabilidad.

¿Y … un globo con plumas? Bueno, ya sabes el efecto snitch dorado!

Resistencia del aire.

Se realizó un famoso experimento en la luna usando una pluma de águila y un martillo. Ambos cayeron al mismo ritmo, porque no había atmósfera.

La ACELERACIÓN debida a la gravedad es la misma para esos dos objetos, pero la FUERZA de la gravedad es proporcional a la masa. Entonces el globo es empujado hacia abajo por una fuerza mucho más pequeña. Esa fuerza resulta en la misma aceleración porque el globo es muy ligero.

La resistencia al aire también es una FUERZA, y es proporcional al área del objeto. Como el globo es más grande que una “bola” (supongo), la resistencia al aire que se opone a su caída es mayor.

Por lo tanto, la suma de la fuerza gravitacional que empuja hacia abajo y la resistencia del aire que empuja hacia arriba da como resultado una fuerza neta muy pequeña en el globo y una fuerza neta mucho mayor en la pelota.

Por lo tanto, la pelota cae más rápido.

Un globo cae más lento por la misma razón que el helio flota y los troncos descansan sobre el agua. (Este ejemplo se enfoca en una pelota de baloncesto y un globo regular del mismo tamaño). Esa es la densidad del objeto. La pelota está hecha de goma más gruesa. Este caucho está lleno de aire que le da la capacidad de rebotar. Sin embargo, el caucho del globo es extremadamente delgado, lo que hace que la densidad promedio del objeto sea mucho más cercana a la del aire por el que pasa el globo. Por lo tanto, cualquier fricción del aire circundante hace que sea más fácil ralentizar el globo, mientras que la densidad promedio mucho más alta de la pelota lo obliga a hundirse a un punto más bajo a una velocidad más alta. Espero que esto sea útil.

Las otras respuestas son correctas, pero la respuesta corta es que el globo es solo un poco más denso que el aire fuera del globo.

Cuando un objeto cae, el aire entre el objeto y el suelo debe moverse fuera del camino, y el espacio sobre el objeto debe rellenarse a medida que el objeto se mueve hacia abajo.

Debido a que la densidad del globo (la masa del látex y el aire en el interior, dividido por el volumen contenido) y la densidad del aire circundante son casi idénticas, la fuerza de gravedad que actúa sobre el globo es solo ligeramente mayor que la fuerza requerida acelerar el aire exterior para moverlo alrededor del globo.

Si elimina la resistencia del aire, todos los objetos caerán a la misma velocidad.

Si quieres ver esto por ti mismo, mira este video.

Realmente genial.

La aceleración gravitacional en la bola y el globo será prácticamente idéntica, intentando acelerarlos hacia el centro de la Tierra a ~ 9.81 m / seg ^ 2.

Sin embargo, hay otras fuerzas involucradas: la fuerza secundaria principal en este escenario es la resistencia del aire (fricción).

Para hacerlo más simple, supongamos que el globo y la bola son del mismo tamaño y forma y tienen goma idéntica en sus superficies. Entonces, ¿qué es diferente? El globo tiene menos masa (1 gramo) que la bola (100 gramos) y, dado que tienen el mismo volumen, la bola es mucho más densa que el globo.

Cuando los sueltas, el globo cae hacia la Tierra, pero tiene que empujar las moléculas de aire y, dado que la fuerza de la gravedad es proporcional a la masa, tiene 1 gramo de fuerza para mover ese aire hacia los lados a medida que cae.

Cuando sueltas la pelota, también tiene la misma cantidad de aire entre ella y su caída para empujar fuera del camino, pero tiene una fuerza 100 veces mayor, por lo que empujará el aire fuera del camino más rápidamente permitiendo que la pelota caer más rápido

Si tuviera que dejar caer esa bola y el globo en una cámara de vacío donde no había aire ni resistencia al aire, tanto el globo como la bola caerían a la misma altura de 9.81 m / seg ^ 2.

Porque mientras que la aceleración gravitacional es la misma, la fuerza gravitacional no lo es.

Una gravedad tira más fuerte de los objetos más pesados, pero los objetos más pesados ​​tienen más inercia, más resistencia a ser arrastrados. Por lo tanto, en ausencia de aire, todos los objetos caen a la misma velocidad y aceleran a la misma velocidad. Pero no se sienten atraídos por igual.

En la presencia del aire, sin embargo, su resistencia puede tener un gran efecto. Un globo no se tira tan fuerte como una bola de boliche, pero por la misma cantidad, no resiste tanto el tirón. Entonces, en el vacío, los dos se unen. Pero en el aire, ambos deben abrirse paso a través del aire, pero la gravedad tira más fuerte de la bola de boliche. Entonces, el resistente al aire reduce la velocidad del globo un poco más, y pronto se queda atrás.

Estás haciendo esto en la superficie de la tierra y tenemos aire. Las cosas que caen por el aire tienen resistencia, es decir, resistencia a su caída. Los globos tienen poca masa para su tamaño, por lo que tienen mucha resistencia. Entonces caen más despacio.

La gravedad también se ve afectada por la masa y el tamaño de un objeto.

La masa de un globo es baja, por lo que tiene menos fuerza gravitacional que la bola de alta masa, y la gravedad de la Tierra afecta la bola más de lo que afecta al globo. Y como resultado, la pelota cae más rápido que el globo.

Resistencia al aire

Debido a la flotabilidad y resistencia al aire.

Esto es correcto si no hay resistencia al aire. En una sala de vacío tocarían el suelo exactamente al mismo tiempo.

Masa.