Bien, gracias a todos ustedes e Isaac Newton, he trabajado las cosas y creo que lo tengo. Todos ustedes han comentado claramente en hilos similares, pero para mí, ayuda a resumir mi comprensión. Es complicado, pero aquí va ( avíseme si tengo algo mal ).
Para resumir, de hecho es posible soltar dos objetos de masa diferente (M1a o M1b)) en una masa más grande como un planeta, una luna, un asteroide o cualquier otro objeto (M2), y descubrir que ambos objetos M1 aceleran hacia el más grande objetar M2 exactamente a la misma velocidad, independientemente de sus masas. Caerán a la misma velocidad hacia el objeto más grande y golpearán al mismo tiempo, ya sea un martillo, una pluma o una bola de boliche. Parece desafiar la lógica porque cuanto más grande es una masa M1, más atrae al planeta la gravedad, entonces, ¿por qué no debería acelerar y caer más rápido? Para responder a esto, primero tenemos que examinar algunas matemáticas.
Las ecuaciones que necesitamos usar son las Leyes de gravedad de Newton y la segunda ley de movimiento. Son:
Fg = G * M1 * M2 / r ^ 2 donde G es la constante gravitacional, M es la masa y r es la distancia en metros entre los objetos.
Fg = MA , o reorganización, A = Fg / M , donde A = aceleración
Para comenzar, consideremos tres masas ( M1a, M1b y M2 ) (ignore sus diámetros por razones de argumento)
Establezcamos ( M1a ) como una bola de boliche de plástico de 5 kg de masa.
Establezcamos ( M1b ) como una bola de plomo más densa y más grande de 30 kg de masa.
Las masas combinadas de ambas bolas ( M1c ) son 5 + 30 = 35 kg .
Establezcamos la tercera masa, M2 como un pequeño asteroide de 10.000 kg de masa.
Comencemos este experimento colocando M1a (la bola de plástico) y M1b (la bola de plomo), una al lado de la otra en el espacio profundo. Coloquemos el asteroide ( M2 ) exactamente 200 metros a la derecha de M1a y M1b . ¿Puedes imaginarlo? Estamos flotando en el espacio profundo. No hay tierra alrededor. Las 3 esferas flotan inmóviles a 200 metros de distancia (temporalmente).
¿Cuál es la fuerza de gravedad relativa que sienten cada una de las 3 esferas? ¿Cuál es la aceleración debida a la gravedad entre M1a, M1b y M2? En otras palabras, ¿qué tan rápido acelerarán las dos bolas más pequeñas hacia la más grande, si las dejamos ir?
Nota: Durante estos cálculos, ignoraremos todas las unidades de medida. Tampoco cambiaremos G (la constante gravitacional) ni r (el radio). Como G y r ^ 2 siguen siendo los mismos, podemos resolverlos por adelantado y usar esa respuesta (K) en todos los trabajos posteriores.
Entonces, G = 6.67 x 10 ^ -11, yr = 200, entonces G / r ^ 2 = [K] = [1.67 x 10 ^ -15]
Ahora sustituya: Fg = G * M1 * M2 / r ^ 2 se convierte en Fg = K * M1 * M2
OK, consideremos cada caso.
Bola de boliche de plástico de 5 kg (M1a) vs asteroide
Fg = K * M1a * M2
Fg = [ 1.67 x 10 ^ -15 ] * 5 kg * 10,000 kg = 8.35 x 10 ^ -11 unidades de fuerza
La fuerza de gravedad real que se siente entre la bola de boliche de plástico y el asteroide a 200 metros de distancia, es de solo 8,35 x 10 ^ -11 unidades de fuerza . Ese es un número minúsculo como es de esperar. También técnicamente sale al menos a 11 decimales, por lo que es difícil de imaginar. Sin embargo, por el bien de este ejercicio, podemos solucionarlo.
En matemáticas, si se usa una constante (K) en todas las ecuaciones, y solo está interesado en comparar respuestas mientras trabaja el mismo problema con diferentes valores, es posible cambiar el valor de K. Entonces, cambiemos el valor de K de 8.35 x 10 ^ -11 y configúrelo = a 1 en su lugar.
Luego, resolviendo Fg de la bola de boliche de plástico,
Bola de boliche de plástico de 5 kg (M1a) vs asteroide
Fg = K * M1a * M2
Fg = [1] * 5 kg * 10,000 kg = 50,000
La fuerza de gravedad comparativa que se siente entre la bola de plástico y el asteroide a 200 metros de distancia es de 50,000 unidades de fuerza.
Bola de plomo de 30 kg (M1b) contra asteroide
Fg = K * M1b * M2
Fg = [1] * 30 kg * 10,000 kg = 300,000.
La fuerza de gravedad comparativa que se siente entre la bola de plomo y el asteroide a 200 metros de distancia es de 300,000 unidades de fuerza.
Ambas bolas combinadas juntas (M1a y M1b) vs asteroide
Fg = K * (M1a + M1b) * M2
Fg = [1] * 35 kg * 10,000 kg = 350,000.
La fuerza de gravedad comparativa que se siente entre ambas bolas combinadas y el asteroide a 200 metros de distancia es de 350,000 unidades de fuerza
Ahora, ¿cuáles son sus aceleraciones relativas entre sí?
La aceleración de la bola de plástico hacia M2 es igual a
A = F / M1a = 50,000 / 5 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
(Nota: si utilizamos el valor real de K para calcular las fuerzas gravitacionales reales, la aceleración de la bola de plástico hacia el asteroide sería de solo 1.67 x 10 ^ -11 metros / seg ^ 2 , lo cual es MUCHO demasiado lento para esta discusión, entonces mantendremos K igual a 1, para una mejor comprensión).
La aceleración de la pelota de plomo hacia M2 es igual a A = F / M1b = 300,000 / 30 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
La aceleración de las bolas combinadas hacia M2 es igual a A = F / M1c = 350,000 / 35 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
Hmmm
Tanto la bola M1a como la M1b acelerarán / caerán hacia el asteroide exactamente a la misma velocidad (10,000 m / seg ^ 2), a pesar de que son masas y diámetros diferentes.
¿Qué pasa en la otra dirección? La aceleración del asteroide M2 hacia las dos bolas combinadas =
A = F / M2 = 350,000 / 10,000 kg = 35 metros / seg ^ 2
En otras palabras, las dos bolas combinadas “caerán” hacia el asteroide a una velocidad “ajustada” de 10,000 metros / seg ^ 2, pero el asteroide caerá hacia las bolas a solo 35 metros / seg ^ 2 . Eso tiene sentido. El objeto más masivo se moverá más lentamente hacia los más pequeños.
No importa qué son M1a y M1b, o qué tan masivos son. Se moverán hacia M2 a la misma velocidad.
Ahora, cambiemos una cosa. Hagamos que la segunda esfera M1, la bola principal, sea mucho más masiva. Hagámoslo una bola de uranio súper densa, con una masa de 400 kg. Esta bola ahora es 80 veces más masiva que la bola de boliche de plástico.
Mantenga todo lo demás (G y r) igual.
¿La aceleración de las bolas hacia M2 cambiará de alguna manera?
Bola de boliche de plástico de 5 kg (M1a) vs asteroide
Fg = K * M1a * M2
Fg = [1] * 5 kg * 10,000 kg = 50,000 unidades de fuerza
Bola de boliche de uranio 400 kg (M1a) vs asteroide
Fg = K * M1b * M2
Fg = [1] * 400 kg * 10,000 kg = 4,000,000 unidades de fuerza
Ambas bolas juntas (M1a y M1b) vs asteroide
Fg = K * (M1a + M1b) * M2
Fg = [1] * 405 kg * 10,000 kg = 4,050,000 unidades de fuerza
Ahora, ¿cuáles son sus aceleraciones entre sí?
La aceleración de la bola de plástico hacia M2 es igual a
A = F / M1a = 50,000 / 5 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
La aceleración de la bola de uranio hacia M2 es igual a A = F / M1b =
4,000,000 / 400 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
La aceleración de las bolas combinadas hacia M2 es igual a A = F / M1c =
4,050,000 / 405 kg = 10,000.0 metros / seg ^ 2
¿Qué pasa en la otra dirección? La aceleración del asteroide M2 hacia las dos bolas combinadas =
A = F / M2 = 4,050,000 / 10,000 kg = 405 metros / seg ^ 2
Análisis : Las dos bolas pequeñas todavía “caerán” hacia el asteroide a 10,000 metros / seg ^ 2, pero el asteroide ahora caerá hacia las bolas de bolos más masivas a 405 metros / seg ^ 2 , porque M1b se volvió más masivo.
Whoa! Las bolitas caen a la misma aceleración, independientemente de cuán masivas sean, pero la esfera más grande ahora cae hacia ellas a una aceleración mayor. En realidad, colisionarán un poco antes, si M1b es más masivo. Para comprender más claramente por qué …
Desde este foro, se ha explicado que puedes ver estas bolas como unidades combinadas. Ya sea que sostenga una bola de boliche y una bola de plomo o una bola de uranio o una pluma de lado a lado y las deje caer, o las pegue y las deje caer, aún sentirán la misma fuerza gravitacional combinada del asteroide, y caerán juntas en el misma tasa No hay diferencia si son una canica y un auto. Si se dejan caer por separado o se pegan, la gravedad del asteroide (sin cambios) los atraerá como una unidad, y caerán juntos.
Por el contrario, el asteroide más grande “caerá” hacia las dos masas más pequeñas a un ritmo mucho más lento. Sin embargo, si agrega masa a M1b, la fuerza gravitacional proveniente de las masas M1 combinadas será mayor que antes, y ejercerá más fuerza sobre M2, acelerándolo un poco.
¿Qué sucede si usamos valores reales para G y r, reemplazamos el asteroide con la Tierra y usamos la masa real de la Tierra y su radio?
La masa de la Tierra (redondeada) es 6 x 10 ^ 24 kg. Su radio es de aproximadamente 6.378.100 m. En las ecuaciones anteriores, sumando los 200 metros adicionales entre objetos y computación, obtenemos:
Valores para la bola 1 (M1a) (la bola de boliche de plástico) vs Tierra
Fg = G * M1a * M2 / R ^ 2
Fg = [6.67 x 10 ^ -11] * 5 kg * 6 x 10 ^ 24 kg / 6,378,300 m ^ 2 = 49.18551287 unidades de fuerza
La aceleración de M1a es igual a A = F / M1a = 49. 18551287/5 kg =
9.837102574 m / seg ^ 2
Valores para la bola 2 (M1b) (la bola de boliche de uranio más grande)
Fg = G * M1b * M2 / R ^ 2
Fg = [6.67 x 10 ^ -11] * 400 kg * [6 x 10 ^ 24] kg / 6,378,300 m ^ 2 = 3934.841029 unidades de fuerza
La aceleración de M1b es igual a A = F / M1b = 3934.841029 / 400 kg =
9.837102574 m / seg ^ 2
Valores para la masa combinada (M1c) (ambas bolas) Fg = G * M1c * M2 / R ^ 2
Fg = [6.67 x 10 ^ -11] * 405 kg * [6 x 10 ^ 24] kg / 6,378,300 m ^ 2 = 3984.026542 unidades de fuerza
La aceleración de M1b es igual a A = F / M1c = 3984.02642 / 405 kg =
9.837102574 m / seg ^ 2
Valores para la masa 2 (M2) (Tierra) que se mueve hacia las masas combinadas M1a y M1b
Fg = G * M1c * M2 / R ^ 2
Fg = [6.67 x 10 ^ -11] * 405 kg * [6 x 10 ^ 24] kg / 6,378,102 m ^ 2 = 3984.026542 unidades de fuerza
La aceleración de M2 es igual a A = F / M2 = 3984.026542 / 6 × 10 ^ 24 =
6.0640 x 10 ^ -22 metros / seg ^ 2
¡GUAUU! Si utilizamos la Tierra real, las dos masas M1a y M1b caen hacia la Tierra exactamente a la misma velocidad y aceleración (9.83710 m / seg ^ 2), pero la Tierra se mueve hacia ellas en la fracción más pequeña (6.06 x 10 ^ – 22 m / seg ^ 2). Como estamos parados en la Tierra durante cualquier medición, no podemos medir qué tan rápido está y nos estamos moviendo hacia las dos bolas. Solo podemos medir qué tan rápido se mueven las dos bolas hacia nosotros. Sin embargo, incluso si salimos de la Tierra y observamos el movimiento desde el espacio, prácticamente no podríamos medir una aceleración hasta el lugar decimal 22, por lo que nunca nos daríamos cuenta de que los tres objetos, de hecho, aceleran el uno hacia el otro ligeramente diferente tasas, si cambia las masas de M1 o M2.
Resumen: Con suerte, he podido resumir que dos masas (M1a y M1b), sostenidas sobre la Tierra o la luna y liberadas, caerán hacia el objeto más masivo (Tierra o luna) exactamente a la misma velocidad porque pueden considerarse misma unidad combinada Sin embargo, la Tierra o la luna misma se moverán hacia M1a y M1b un poco más rápido o más lento, dependiendo de las tres masas. Tanto M1a como M1b siempre golpearán al mismo tiempo, pero el tiempo que lleva llegar al suelo puede ser más largo o más corto, debido a las diferencias en la masa de los 3 objetos.
¡Uf! Espero que esto haya ayudado a alguien más a mi lado.
Nuevamente, gracias a todos por su ayuda y tiempo para comentar esto por mí. Avísame si he arruinado algo.
Disfrutar
Franco