Mientras estamos sentados en un autobús en movimiento, si lanzamos una pelota hacia arriba, ¿por qué aún vuelve a nuestras manos en lugar de quedarse atrás?

Permítanme explicar esto a través de la siguiente imagen.

Teniendo en cuenta que el autobús se mueve con una velocidad constante, mientras está sentado en un autobús en movimiento, es natural que tenga la misma velocidad que el autobús. Deje que esa velocidad sea Vx como se muestra a continuación en la imagen. Este Vx es la velocidad horizontal, poseída tanto por el autobús como por usted.

Ahora está sosteniendo la pelota, entonces la pelota tiene la misma velocidad Vx en dirección horizontal.

Cuando lanzas la pelota hacia arriba, le das una velocidad vertical: Vy, pero ten en cuenta que mientras la lanzas hacia arriba no aplicas fuerza en dirección horizontal, manteniendo así su velocidad horizontal Vx sin cambios y aún igual a la del bus .

Debido a la atracción gravitacional, Vy disminuye como se muestra en la imagen y luego vuelve a aumentar en dirección descendente.

Entonces, ¿cómo es que la pelota llega a tu mano, en lugar de quedarse atrás?

Aquí está la respuesta: el autobús y la pelota tenían la misma velocidad horizontal Vx durante el vuelo completo en el aire, por lo que ambos cubren la misma distancia en el mismo tiempo y, como resultado, atrapan la pelota.

Si el autobús hubiera acelerado o desacelerado, la pelota habría caído en otro lugar en lugar de tu mano.

Aquí hay un giro interesante: no lanzaste la pelota hacia arriba, solo pensaste que lo hiciste.

Dado que el autobús, usted y la pelota se mueven hacia adelante a la misma velocidad, cuando intenta lanzarlo hacia arriba, vuela en ángulo, porque se mueve hacia adelante y hacia arriba al mismo tiempo.

Ahora, ya que te estás moviendo hacia adelante, parece estar viajando hacia arriba y hacia abajo hacia ti, pero alguien en la acera verá que la pelota se arquea hacia arriba y hacia abajo a medida que te mueves debajo de ella.

La respuesta es, depende.
Si está en un vehículo que va a una velocidad constante, la pelota se lanza hacia arriba con respecto a usted mismo (pero no tan alto como para golpear el techo), subirá y luego bajará si el interior del vehículo está sellado del aire exterior. Esto generalmente se llama transformación cartesiana. El interior de un vehículo que se mueve a velocidad constante les parecerá a los ocupantes lo mismo que si el vehículo estuviera parado. Al igual que estamos en la superficie de la tierra, que se mueve a 700 mph a medida que la tierra gira.

Si, por otro lado, está en el vehículo pero el observador está fuera de la estacionaria, la pelota le parecerá al observador estacionario afuera que va junto con el vehículo y avanzará con él.

caería FRENTE AL PUNTO QUE FUE LANZADO porque la velocidad del automóvil también es la velocidad de la pelota, por lo que el viento (efecto de la velocidad del automóvil en movimiento) reduciría la velocidad de la pelota pero caería más allá del punto en que fue arrojada .

Lo ves cayendo detrás porque el auto se está moviendo

Esta es básicamente la primera ley de movimiento de Newton, o inercia, como también se le llama. La parte horizontal de la velocidad de las bolas permanece igual a menos que sea cambiada por una fuerza externa. Como todo dentro del autobús (si el autobús se mueve con una velocidad constante) se mueve junto con el autobús, hay poca o ninguna resistencia al aire en el componente horizontal del movimiento de las bolas. Por lo tanto, sigue moviéndose con la misma velocidad que tenía el autobús cuando fue lanzado al aire. Si el autobús gira, frena o acelera, descubrirá que ya no volverá a caer en sus manos.

Cualquier cosa que esté en contacto con el vehículo también está a la misma velocidad, ya sea la atmósfera interior, la pelota o usted mismo, todos se mueven a la misma velocidad siempre que la aceleración del vehículo sea 0 o la velocidad sea constante.

Por lo tanto, la pelota que está lanzando también está a esa velocidad y llegará a sus manos y no se quedará atrás (la atmósfera dentro del tren actuará como un volumen de control constante que no tiene una velocidad relativa entre sí, pero tendrá cierta velocidad en relación con suelo)

Un ejemplo extremo que podría aclararlo: con respecto al sol, la tierra se mueve a ~ 30 km / s (107,000 km / h) [1]. Entonces, desde la perspectiva de alguien en el sol (suponiendo que 1 pueda estar encendido), también se está moviendo a esa velocidad, pero en relación con usted, las cosas en su casa en el suelo todavía están.

¡Hacia abajo!

Debido a que la pelota, usted y el automóvil están a velocidad relativa cero en dirección horizontal. Entonces, en su plano de referencia, la única velocidad que gobierna la trayectoria de la pelota es la velocidad del eje y. Para cualquiera dentro del auto, lanzar la pelota hacia arriba será lo mismo que lanzar la pelota hacia arriba en un automóvil que no se mueve.

Pero para cualquiera que esté parado en el suelo, el camino de la pelota será una parábola.

Dependiendo de la velocidad del automóvil y la densidad de la pelota (y la consistencia de la pelota, si usa nieve …) sucedería una mezcla de estos dos extremos (describo lo que sucede desde su punto de vista, alguien parado en el carretera, por supuesto, lo describiría de manera diferente):

Conducir rápido y lanzar una pelota ligera: frenaría la pelota por la resistencia del aire y se caería muy por detrás de ti, en algún lugar entre el punto donde la arrojaste y tú.

Conducir despacio y lanzar una pelota pesada: se levantaría y te golpearía de nuevo al caer.

La pelota regresa exactamente en las manos de la persona si su material tiene menos propiedades elásticas, lo que depende de su material de la pelota utilizada o la calidad del caucho, ya que el concepto involucrado aquí es el coeficiente de restitución

Esto se responde mejor con una física simple y newtoniana. Al comienzo del experimento, todas las cosas en el interior del autobús (usted, la pelota y el aire a su alrededor) no tienen movimiento relativo. Todos están en reposo. Aunque un observador fuera del autobús vería todos los objetos en movimiento, todavía están inmóviles entre sí. En esto, ambas perspectivas están de acuerdo.

Cuando lanzas la pelota al aire, cae directamente hacia abajo (desde tu perspectiva dentro del autobús). Para un observador estacionario, la pelota se lanza al aire con un componente horizontal a su movimiento. Pero ese componente horizontal es igual a la velocidad y la dirección del autobús, por lo que la pelota se mueve en un arco hacia arriba y hacia abajo directamente en la misma mano.

Todo esto cae bajo las simples leyes de F = MA. Es una demostración de movimiento simple en un marco rígido de referencia.

~ Ellery

Ellery Davies es editor de A Wild Duck
También es colaborador frecuente de Quora.

Porque comienza con la misma velocidad de avance que la mano que lo lanzó y, en ausencia de cualquier fuerza que cambie su velocidad o dirección mientras está en el aire (que en realidad solo sería el aire mismo, y que también se mueve en sincronía con el autobús), no hay ninguna razón por la que deba hacer otra cosa que continuar por el mismo camino al mismo ritmo. Conservación del impulso 101. Vivir en un mundo cubierto con una capa de aire bastante espeso, y sujeto a una gravedad razonablemente fuerte, puede haber engañado a su mente para creer que, en ausencia de cualquier otro impulso que actúe sobre ellos, las cosas caen y vienen A A Halt, pero la mayoría del universo en realidad no actúa en ese sentido.

Ahora, para una demostración de cómo la resistencia al aire está lejos de ser una cosa perfecta, absoluta e irresistible, haga la misma prueba mientras el autobús está doblando, frenando o acelerando con fuerza desde el reposo (teniendo en cuenta que, en este caso, subir una cuesta empinada la colina no es análoga).

Editar: Y otra respuesta se destruye debido a la fusión de preguntas. Gracias EHS

Con el marco dentro del autobús, la pelota vuelve a nuestras manos y muere por inercia. Mientras que cuando se considera el marco universal, la pelota realiza un movimiento de proyectil que tiene una velocidad vertical como la velocidad con la que se lanza la pelota y la velocidad horizontal es igual al bus. Esta velocidad horizontal hace que la pelota se mueva con nosotros (Bus System).

A menos que su automóvil esté acelerando, caerá hacia abajo, con respecto a su marco de referencia.
No hay diferencia entre un marco de referencia en reposo y un marco de referencia que se mueve con velocidad constante con respecto a algún otro marco de referencia.

Solo si el autobús tiene una velocidad constante. Si la velocidad es constante, entonces el cambio en el momento lineal es cero, y por lo tanto no hay aceleración ni fuerza. Si el autobús continúa acelerando o reduciendo su velocidad, entonces la pelota se quedará atrás o delante de usted.

porque en la dirección horizontal, tú y la pelota tienen la misma velocidad. La velocidad relativa entre ustedes solo tiene la componente vertical. Y como resultado de la gravedad, la pelota se caerá y volverá a tus manos.

Debido a la inercia, la pelota también se mueve hacia adelante. Entonces, cuando el autobús se mueve a velocidad constante, y usted lanza la pelota y avanza en el autobús, la pelota también se mueve hacia adelante y vuelve a sus manos.

Cuando la pelota está en el aire, si el autobús acelera o si el autobús se detiene, entonces este cambio de velocidad no se transfiere a la pelota, que caerá detrás de usted o se adelantará a usted.

Creo que hay un malentendido general sobre cómo funciona la gravedad en relación con la cantidad de tiempo que tarda un objeto en llegar a su destino cuando cae libremente. De acuerdo con la ley de gravedad universal de Newton, dos cuerpos de masa exhiben una fuerza gravitacional que se atrae entre sí de manera inversamente proporcional, lo que significa que cuanto más cerca esté un objetivo de otro objetivo, más rápido caerá en caída libre. Entonces, dependiendo de qué tan alto lances la pelota, esto solo corresponde al lanzamiento vertical, mientras el autobús se mueve, la pelota puede o no caer de nuevo en tus manos.

Este concepto se puede aplicar a la Ley de movimiento de Newton. Un objeto no se mueve técnicamente a menos que se aplique energía cinética, por lo que un helicóptero en espera aérea permanecerá en el mismo destino a pesar de la rotación de la Tierra.

Una respuesta corta:

La pelota tiene la velocidad horizontal como usted en la situación descrita anteriormente. Usted y la pelota viajarán la misma distancia horizontal en el mismo intervalo de tiempo. Así la pelota caerá en tu mano.

Refiriéndose a la imagen.

Cuando arrojas la pelota desde el techo solar del automóvil, le das una velocidad de 2 m / s hacia el cielo, pero como el automóvil se movía cuando arrojaste la pelota, ya tiene una velocidad horizontal (2 m / s del automóvil), por lo que el resultado es un movimiento neto hacia adelante (se muestra en puntos).
Como resultado, si todo es perfecto, volverá a caer en el automóvil en su mano.

(imagen solo para representación)