Si sueltas un globo lleno de helio mientras estás dentro de un ascensor que cae libremente, ¿qué pasará con el globo?

La segunda ley de Newton dice:
Suma (F) = Ma
Asumiendo que el globo está completamente fusionado con el señor (y sin contacto con ningún objeto como superficies o cuerdas) en la dirección de la gravedad, tenemos:
Suma (F) = F1 (fuerza de gravedad en el globo) – F2 (fuerza de flotabilidad del aire)
F1 = mg donde m es la masa del globo.
Ahora, aplicando la ley sobre el globo en la dirección de la gravedad, lee a
F1 – F2 = ma;
En condiciones de caída libre, la aceleración en la dirección de la gravedad es igual a g: a = g. Por lo tanto:
mg-F2 = mg.
F2 = 0.
Así, el globo se mueve únicamente por la fuerza de la gravedad. Como el elevador y el aire interior también se mueven por la aceleración gravitacional, el globo no tiene movimiento relativo con el aire. Si observa desde el elavador, verá que el globo está estacionario.

La razón por la que un globo de helio se eleva en un entorno normal es porque el helio es menos denso que el aire normal, por lo que la gravedad afecta a los dos gases (o en el caso del aire, una mezcla gaseosa) de manera diferente. Esto se llama flotabilidad (exactamente el mismo principio que cuando una boya flota en el agua). Por el contrario, si coloca un globo de helio dentro de una habitación llena de helio, el globo de helio no flotará, porque el globo de helio no es más flotante que el helio en la habitación. Como puede ver, esto tiene todo que ver con el peso y la gravedad.

En el caso de un elevador de caída libre, si el elevador alcanzó la velocidad terminal y se logra un ambiente perfecto de gravedad cero, entonces ningún objeto dentro del elevador tendrá peso, porque no habrá efecto de la gravedad. Por lo tanto, el globo de helio no flotará solo hasta el techo. Será suspendido en una posición estacionaria hasta que otra fuerza actúe sobre él, como una persona que empuja el globo.

Esto es como lo que sucedería en una estación espacial. Todo no tiene peso porque no hay fuerza de gravedad que actúe sobre nada. Una persona, un yunque de 500 kg y un globo de helio actuarán de manera bastante similar.

En el punto de liberación, el elevador comienza su aceleración hacia abajo. si el globo estaba en el elevador en este punto, se moverá hacia el piso a medida que el aire más denso se mueve hacia arriba resistiendo la aceleración. Si el elevador cayera lo suficiente como para alcanzar la velocidad terminal (no más aceleración), entonces todo en el elevador (en relación entre sí) permanecería donde estaba. Ahora están en caída libre. El globo permanecería en el piso.

El globo se elevará ligeramente contra la rotación de la Tierra si hay aire alrededor del elevador, lo que hace que no caiga libremente.

Asumiendo que no hay aire, el globo se moverá solo contra la rotación de la Tierra. Esto se debe a que la velocidad horizontal lineal del elevador está disminuyendo, haciendo que la densidad del aire sea más alta en el lado este, empujando así el globo hacia el oeste.

El muro oriental se vuelve polvoriento durante el otoño.

No se observará ningún desplazamiento solo en los polos norte y sur y en la altura de la órbita geoestacionaria, donde el elevador no se mueve hacia arriba o hacia abajo.

Lo mismo que si soltaras un globo lleno de agua, o un globo lleno de plomo, o un cerdo: nada. Una vez que las cosas caen libremente, los gradientes de densidad dejan de ser relevantes, por lo que no hay flotabilidad.

Si el elevador está en “caída libre”, no estará a velocidad terminal. La velocidad terminal es cuando la resistencia del aire es igual al peso. En caída libre no hay fuerza neta sobre nada en el elevador. El ascensor interior es como el interior de un satélite espacial en órbita alrededor de la tierra. De hecho, los satélites en órbita están en “caída libre”.
En caída libre en un ascensor en el polo norte o sur no habría movimiento del globo. Si en cualquier otra latitud hubiera aceleración coriolis y el globo se movería en la dirección opuesta a la aceleración coriolis.

Puedes responderlo tú mismo sin ponerte en peligro a ti mismo ni a nadie …

Consigue un globo de helio. Ponlo en tu auto, no atado a nada.

Ahora observe sus movimientos a medida que acelera y desacelera.

Acelerar: se mueve hacia la parte delantera del automóvil.

Desacelerar: se mueve hacia la parte trasera del automóvil.

Movimiento uniforme / inercial: flota hasta el techo.

Solo quédate donde fue lanzado. Si el elevador realmente cae libremente, su entorno interno será indistinguible de que el elevador esté en espacio libre: sin gravedad para crear un gradiente de presión sobre el cual el globo podría flotar. Si algo empujara el elevador hacia abajo, los ocupantes se moverían hacia el techo y el globo hacia el piso, pero luego el elevador no se caería libremente.

Dado que un globo se moverá hacia la izquierda al girar a la izquierda en un automóvil a medida que la presión del aire se mueve hacia la derecha (por la apariencia dentro del automóvil), me parece que el globo se caería, ya que la presión del aire aumentaría en la parte superior del automóvil. Ascensor en comparación con el fondo.

Flotará como en la estación espacial, no burbujeará.