¿Verter agua en un avión mientras está boca abajo?

¡Gran foto!

Editar: mi lenguaje es "descuidado" (me gusta hablar de física en términos "profanos" para que cualquiera pueda entender), pero @dcmkee hizo un comentario muy agradable que aclara mi respuesta para las personas más avanzadas. ¡Gracias @dcmkee!

Dado que el avión está en un bucle, hay g significativas debido a la aceleración centrípeta. El agua estaba siendo acelerada hacia arriba.$^{1}$con una alta velocidad, el avión sigue "girando" y el agua tiende a querer permanecer en la misma dirección (hacia arriba) y, por lo tanto, ¡el agua se libera hacia arriba! Mientras el avión comienza a moverse horizontalmente. Es solo el avión y las personas se mueven de una manera que esencialmente "caen" más rápido que el agua, por lo que parece (o sienten las personas en el avión) que la gravedad en realidad los está empujando hacia arriba. Esencialmente, el circuito esencialmente creó 2 g de gravedad en la dirección ascendente para que el agua se vierta hacia arriba tal como lo haría en la tierra. (2g hacia arriba menos un g hacia abajo de la tierra es igual a un g neto hacia arriba).

1 Por acelerado hacia arriba quiero decir que inicialmente viajaba horizontalmente y luego cambió su dirección hacia arriba (si es un movimiento circular uniforme, entonces su aceleración es puramente centrípeta).

En realidad, no tiene nada que ver con que el avión esté al revés, o incluso que cambie de una dirección vertical a una horizontal. Es puramente la velocidad vertical lo que está en juego aquí.

Imagina que se lanza agua hacia arriba. Sabes qué, imagina una fuente, una fuente realmente grande. Tan pronto como el agua sale de la bomba subterránea, comienza a caer de nuevo al suelo, incluso si todavía se está moviendo hacia arriba al principio. Ahora imagina el avión, moviéndose hacia abajo. Y está acelerando, por lo que está "cayendo" más rápido que el agua. Eso significa que el agua se está moviendo relativamente hacia arriba del plano, incluso si realmente está cayendo.

Y realmente no importa si el agua fue bombeada desde el suelo o si fue transportada por el avión; su comportamiento con respecto a la gravedad sigue siendo el mismo.
Entonces, el agua todavía se está moviendo hacia arriba, mientras que el avión ya se está moviendo hacia abajo, porque el avión tiene un motor y el agua no.

En el momento en que se tomó la foto el avión, con masa$M$estaba realizando un bucle interior y estaba casi exactamente invertido. Se movía a una velocidad$V$en un círculo vertical con radio$R$; ambos son elegidos por el piloto mientras ejecuta el ciclo.

La física del movimiento circular requiere que el avión experimente una fuerza hacia el centro del círculo,$F_c$, dada por:

Esta fuerza hacia adentro se transmitía a través de la estructura de la aeronave, el asiento, el cuerpo, el brazo y la mano del piloto hasta la botella y su contenido, de modo que todo se movía en el mismo círculo.

Entonces el piloto movió la mano, el agua se movió, salió por el cuello de la botella y estaba en caída libre. Sin fuerza adicional de las alas, solo gravedad. Pero el vaso estaba experimentando tanto la fuerza de la gravedad como la fuerza del ala (a través de la otra mano del piloto), por lo que el vaso aceleró hacia abajo más rápido que el agua, alcanzó el agua y aportó una fuerza hacia abajo al agua, por lo que el el agua permaneció en la taza durante el resto del circuito.

O fue retocado con Photoshop :)

la física es la misma que explica por qué el piloto y el pasajero no están suspendidos de sus cinturones de seguridad: están presionados contra sus asientos por la fuerza centrífuga, la misma fuerza que hace que el agua caiga hacia arriba

La actitud real de la aeronave (invertida con respecto al suelo, en este caso) es irrelevante. Todo lo que importa es que durante los pocos momentos suficientes para verter el agua y tomar la fotografía, la aeronave está experimentando una carga g positiva (el piloto siente que lo empujan hacia su asiento). El avión podría estar en un rollo de barril o en un bucle. De cualquier manera, en ese momento está acelerando hacia el suelo a algo más de 1 g (caída libre más suficiente extra para ayudar a que el agua fluya). La ilusión de que el agua se derrama hacia arriba proviene del hecho de que está mirando una imagen estática del evento e infiere (incorrectamente) que la aeronave está en un vuelo invertido recto y nivelado, lo cual no es (refutado por la dirección en la que está el agua). fluido).

La verdad de la situación podría revelarse un poco mejor al ver un video de movimiento completo en lugar de un solo cuadro estático, mejor aún al ver la ruta de vuelo de la aeronave desde el exterior.

Un giro de barril bien ejecutado mantiene el equilibrio de fuerza que experimentas en reposo con la "gravedad" orientada en la dirección que experimentas como "abajo" (esa es la dirección de tu cabeza a tus pies) debido a la aceleración centrípeta. Si no estaba mirando hacia afuera, es posible que ni siquiera se dé cuenta de que se produjo el giro (si el piloto es bueno).

Para aquellos que no estén convencidos de la foto fija, vean este video de YouTube para ver una demostración. En este video, Bob Hoover muestra tanto un vaso de té helado sin gas como una jarra que se vierte en un vaso de té helado mientras hace rodar el avión.