¿Por qué las llamas apuntan inesperadamente hacia adelante en un automóvil que acelera?

Se puede hacer un experimento similar atando un globo de helio al piso del automóvil. Cuando el automóvil acelera, el globo se mueve (se inclina) hacia adelante en la dirección de desplazamiento.
En el caso de las llamas de las velas, es un error centrarse en la composición química o los pesos moleculares de los gases involucrados. Las llamas apuntan hacia adelante en la aceleración por la misma razón por la que se elevan en primer lugar: los gases de los que están compuestos son mucho más calientes (y por lo tanto menos densos) que el aire circundante.
Cuando pienso en esto, me ayuda a visualizar los gases más densos que corren hacia la parte trasera del vehículo y desplazan los gases más ligeros (ya sea la llama de la vela o el globo de helio) hacia adelante. Por supuesto, hay poco movimiento real del aire en el automóvil, pero de esta manera al menos puedo lograr la intuición correcta sobre lo que está sucediendo.

James Higbie ha proporcionado la respuesta correcta. Independientemente de cuánto CO2 se produce y se consume O2, el siguiente caso es el simplificado. Las moléculas de CO2 que son más pesadas son empujadas hacia atrás debido a la inercia y se genera una seudo fuerza que impulsa la llama hacia adelante en todo el sentido. En el estado estacionario, la fuerza aplicada por la gravedad ya está empujando el CO2 hacia abajo, por lo que la llama se mueve hacia arriba. La llama toma formas muy diferentes en microgravedad.

Ahora, piense en ello como la suma vectorial de dos fuerzas que son casi ortogonales, una es la gravedad y la otra se crea debido a la aceleración en el automóvil . La imagen de la izquierda muestra lo que está pasando bien.

Además de su respuesta, esto se puede probar en el siguiente caso, si el conductor intenta conducir a velocidad constante y con aceleración cero , entonces la llama debe apuntar hacia arriba sin ningún componente en la dirección hacia adelante (ya que la fuerza debida a la aceleración es cero pero la gravedad sigue actuando) y cuando se desacelera, debe apuntar hacia atrás.

Mira este video:

Como señaló Boris Bartlog, el globo lleno de helio se comporta de la misma manera que una llama en un vehículo en movimiento. Cuando el automóvil acelera hacia adelante, sentimos que el asiento nos empuja (los ocupantes del automóvil). El aire en el auto también es empujado y trata de pegarse a la parte de atrás. El helio, siendo más ligero (menos denso), flota lejos del aire e intenta moverse hacia el frente.

¿Por qué “inesperadamente”? Hubiera esperado eso. (Pero, de nuevo, ¡hice el experimento de pensamiento con globo de helio hace más de 10 años!).

Pero, quizás lo más importante: ¿POR QUÉ ESTÁ SU COCHE EN INCENDIO?

En serio, sin embargo: es un efecto de flotabilidad. El automóvil que acelera hacia adelante crea una fuerza hacia atrás dentro del automóvil; es por eso que la bola de boliche que mantiene suelta en el piso rueda hacia la parte trasera del automóvil. El aire más denso se mueve hacia atrás, y el aire menos denso (más caliente, porque está “en llamas”) se mueve hacia adelante, como un corcho saltando hacia la parte superior del agua.

Me pidieron que respondiera, sin embargo, muchos otros ya respondieron bastante bien. Sí, si todas las cosas fueran iguales, uno esperaría una mayor proporción de CO2 versus O2 en la parte trasera del automóvil, ya que es el equivalente del sótano. Sin embargo, todas las cosas no son iguales: los automóviles están cuidadosamente ventilados (de lo contrario, los ocupantes se asfixiarían cuando las ventanas estén cerradas), ¡y los respiraderos están en el frente!

El nivel de CO2 es irrelevante, cuando el vehículo acelera el aire se comprime ligeramente hacia la parte trasera del vehículo, la flotabilidad dicta que la llama apuntará hacia adelante. Si el vehículo pudiera acelerar a una velocidad de 1 g, la llama apuntaría 45 grados hacia adelante.

Creo que este video tiene una respuesta más detallada.