Balón caído del tren [cerrado]

Considere este escenario en el vacío, ya que cuando se suelta la pelota, obedece la primera ley de Newton y, por lo tanto, permanece en reposo.

Si despreciamos el efecto del aire debido a la velocidad del tren, la pelota cae verticalmente ya que solo experimenta la atracción gravitatoria.

Al considerar el efecto del aire y si la pelota está cerca del tren, puede avanzar a lo largo del tren (durante algún tiempo), luego puede bajar lentamente.

El movimiento de la pelota es con respecto al suelo.

Considere las fuerzas sobre la pelota cuando se suelta.

Si ignoramos la resistencia del aire, entonces solo la fuerza de la gravedad actuará sobre la pelota, y acelerará verticalmente desde el punto de vista del observador en el tren. Retendrá su velocidad horizontal que ya tenía porque se movía con el tren. Esta es una trayectoria parabólica desde el punto de vista del hombre en el suelo.

Si la resistencia del aire no es despreciable, entonces habrá una fuerza de arrastre en la dirección opuesta a la velocidad, mientras que la gravedad aún actúa. Esto tenderá a reducir el componente horizontal a cero, mientras se mantiene un componente vertical. La forma del movimiento dependerá de varias cosas, pero se parecerá más a una elíptica desde el punto de vista del observador en el suelo porque la componente horizontal de la velocidad decaerá.

Para un hombre parado en el banco, la bola parecerá lanzada horizontalmente (con una velocidad inicial como la velocidad del Tren), por lo tanto, debe seguir la trayectoria de un proyectil lanzado horizontalmente bajo la acción de la gravedad. Con la información anterior. uno puede llegar a la naturaleza del camino fácilmente.

Suponiendo que podemos ignorar la fricción del aire y que la velocidad del tren es constante (ninguna de las dos se especificó), entonces

a) Desde el punto de vista (en el marco de referencia) de la persona que dejó caer la pelota, se mueve verticalmente.

Ahora mira las cosas desde el punto de vista/marco de referencia de la persona que atrapa la pelota.

b) Suponiendo que se puede ignorar el gradiente de gravedad de la tierra (que no se indicó) y que la velocidad del tren es pequeña en comparación con la velocidad orbital de la tierra a esa altitud (que tampoco se indicó), la pelota seguirá una trayectoria parabólica.

c) Suponiendo que no se puede ignorar el gradiente de gravedad, entonces, dependiendo de la velocidad del tren, la pelota seguirá una trayectoria elíptica, circular o hiperbólica. Ver Cañón de Newton.

d) Si no se puede ignorar la fricción del aire, ninguna de las opciones es correcta, en ninguno de los marcos de referencia.

EDITAR - Oh, sí, y en el marco de referencia de la pelota, por supuesto, no se produce ningún movimiento (por la pelota).