Un recipiente abierto lleno de agua cae libremente bajo la gravedad y tiene un pequeño agujero en una cara. ¿Sale agua del recipiente por el agujero?

A) No , si la caída libre ocurre en vacío perfecto.

Antes de concluir por qué, repasemos algunos experimentos prácticos realizados en el pasado.

En un vacío perfecto si liberas una pluma, una moneda de metal y un martillo en el mismo instante, todos alcanzarán el suelo al mismo tiempo, bajo gravedad. El tiempo que tardan en llegar al piso se expresa mediante

Tiempo = raíz cuadrada de (2 * altura de caída / gravedad).

Los enlaces de video de los experimentos están a continuación.

1. Pluma y moneda: https://www.youtube.com/watch?v=…

2. La NASA ha realizado un experimento en la superficie de la luna con una pluma y un martillo (la luna tiene una atmósfera insignificantemente pequeña, que es casi un vacío perfecto, con una presión ~ 1e-15 la de la tierra) https: //nssdc.gsfc. nasa.gov/plan…

Escuche, se puede ver que, incluso las flexiones o torsiones menores no se observarán en la pluma que cae al vacío. Caerá como un cuerpo rígido. No solo pluma, moneda o martillo, cualquier cosa sin reacción interna (reacción química), si se hace que caigan juntas, todas cruzarán la misma distancia en un tiempo particular.

Ahora, llegando al agua y a la embarcación, si fueron liberados en el mismo instante, también caerán juntos bajo la gravedad y llegarán al suelo en el mismo instante. Como la embarcación es la que retiene el agua, una vez que se libera la embarcación, el agua la atrapará inmediatamente y comenzará a caer. Incluso si coloca un agujero en la parte inferior, sin perturbar demasiado el sistema, el agua sobre el agujero no tendrá nada que lo sostenga, por lo que también se comportará de manera similar al agua restante. Entonces nada saldrá. En resumen, tanto el agua como el recipiente enfrentarán la misma cantidad de fuerza (fuerza de gravedad) desde el principio, por lo que el agua y el recipiente no se moverán uno con respecto al otro.

B) Pero si la caída libre ocurre en presencia de atmósfera (aire o algo de gas), entonces saldrá agua a través del orificio.

Además de la fuerza gravitacional, el objeto en movimiento también enfrentará una fuerza de arrastre opuesta debido al aire circundante, que es directamente proporcional al área de superficie del objeto que cae y al cuadrado de su velocidad. Tanto el agua como la embarcación se mueven del reposo, por lo que no hay mucha diferencia en su velocidad. Pero la base del recipiente, que está mirando hacia el aire mientras cae, tiene un área grande en comparación con la del agujero. Por lo tanto, la embarcación enfrentará una gran resistencia en comparación con la del agua sobre el agujero.

La fuerza general hacia abajo que enfrenta el barco (gravedad hacia abajo – arrastre hacia arriba) es menor que la que enfrenta el agua sobre el agujero. Entonces, a medida que todo el sistema se mueve hacia abajo, el agua sobre el pozo se moverá hacia abajo en una fase más alta en relación con el recipiente. Por lo tanto, el agua saldrá continuamente del recipiente.

Nota: Ahora, mientras se mueve en el aire, la flotabilidad también jugará un papel importante. Entonces, a medida que el agua intente salir, cierta cantidad de burbuja de aire intentará ingresar al recipiente. Debe haber suficiente paso para acomodar la transferencia tanto del agua que sale como del aire que entra. Si el orificio es demasiado pequeño, entonces no saldrá agua, ya que la tensión superficial lo impedirá.

No saldrá agua del agujero porque, en una caída libre, la aceleración neta es cero … por lo que no hay fuerza que actúe sobre el recipiente o el agua dentro de él …