¿Por qué los objetos con diferentes masas caen a diferentes velocidades en presencia de resistencia al aire, pero caen a la misma velocidad cuando no hay resistencia al aire?

El verdadero problema no es la masa sino la relación masa / superficie. Los objetos pequeños pero masivos, como una bola de plomo, se ven afectados por la resistencia al viento en un grado mucho menor que los objetos de igual masa que tienen un área de superficie mucho más grande. La atracción gravitacional crea una fuerza que depende solo de la masa del objeto.

Cualquier objeto que se mueva a través de un fluido (como el aire) encontrará una fuerza comúnmente llamada “resistencia” o resistencia al viento. La fuerza de arrastre depende de la densidad del aire, el área de superficie y la forma del objeto, y aumenta con el cuadrado de la velocidad del flujo de aire.

Un objeto que cae bajo la influencia de la gravedad es acelerado por la DIFERENCIA entre la fuerza de la gravedad y la fuerza opuesta de la resistencia al viento. Sin aire, la densidad del aire es cero y la resistencia del viento también es cero, por lo que el objeto acelera libremente solo bajo la influencia de la gravedad.

Con cualquier aire presente, la resistencia al viento aumenta rápidamente a medida que aumenta la velocidad. Duplicar la velocidad resulta en cuatro veces la fuerza de resistencia al viento. A medida que la fuerza de resistencia al viento aumenta, la diferencia entre la fuerza de gravedad y la resistencia disminuye. Finalmente, estas fuerzas se igualan y el objeto deja de acelerar, esto se conoce como “velocidad terminal”

Creo que ya sabes la respuesta, ya que has mencionado la resistencia del aire.

En primer lugar, sin resistencia del aire, la aceleración de cualquier objeto en caída libre es la aceleración de la gravedad sola. Cuando dos objetos en el vacío caen desde la misma altura, en la misma ubicación, la gravedad de la tierra que experimentan es la misma, por lo que siempre tendrán la misma velocidad.

En segundo lugar, una vez que consideramos la resistencia del aire, la aceleración del objeto en caída libre se convierte en la gravedad que resta la resistencia del aire. Dado que la resistencia del aire puede ser diferente de un objeto a otro, hace que su aceleración sea diferente, por lo tanto, los objetos caen a una velocidad diferente.

Una cosa importante para aclarar:

Aunque la resistencia del aire puede ser diferente para cualquier objeto, no tiene nada que ver con el peso del objeto. Un ejemplo simple es el paracaídas. Durante el paracaidismo, una persona con paracaídas no cambia de peso, pero un paracaídas abierto puede ralentizar la caída, ya que puede aumentar significativamente la resistencia del aire al expandir su área de superficie.

“Si descuidas la resistencia del aire, los objetos que caen cerca de la superficie de la Tierra caen con la misma aceleración aproximada de 9.8 metros por segundo al cuadrado (9.8 m / s2, o g) debido a la gravedad de la Tierra. Por lo tanto, la aceleración es la misma para los objetos y, en consecuencia, su velocidad también aumenta a un ritmo constante. Oct 10, 2013 ”

Mostrando ciencia: ver objetos en caída libre – Scientific American

No es la diferencia en masa lo que causa esto, es la diferencia en el área de superficie expuesta al aire.

Una masa más pequeña con forma de dardo caerá más rápido que una masa más grande con forma de paracaídas.

Debido a la resistencia del aire. La gravedad tira de todo por igual sin importar qué, pero la fuerza opuesta de la resistencia del aire es diferente en diferentes objetos.

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