¿Cómo racionaliza un observador fuera de un cuerpo en aceleración los efectos de la pseudofuerza?

Sin embargo, ¿cómo una persona fuera del automóvil racionaliza que este fenómeno ocurra?

Cuando el automóvil acelera inicialmente, la persona fuera del marco no inercial del automóvil ve que la lenteja del péndulo "permanece en su lugar" mientras el automóvil acelera hacia adelante, es decir, la lenteja no acelera con el automóvil. La persona lo explica como debido a la inercia de la lenteja como consecuencia de la primera ley de Newton, a saber, que un cuerpo en reposo tiende a permanecer en reposo a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él.

La persona dentro del automóvil solo puede explicar la aceleración hacia atrás inicial, según la segunda ley de Newton, como debida a alguna fuerza que actúa sobre la lenteja, la misma fuerza que empuja a la persona contra el asiento cuando acelera. Dado que no hay una fuerza de contacto que actúe sobre la lenteja o empuje a la persona contra el asiento, se considera una fuerza pseudo o ficticia.

Una vez que el automóvil acelera y mantiene su aceleración, la lenteja permanecerá en su lugar en alguna posición hacia atrás y de hecho experimentará una aceleración real junto con el automóvil debido a la tensión en la cuerda de la lenteja.

"Cuando el automóvil acelera inicialmente, la persona fuera del marco no inercial del automóvil ve que la pesadez del péndulo "permanece en su lugar" mientras el automóvil acelera hacia adelante, es decir, la pesadez no acelera con el automóvil. " ¿No lo hace el aire? ¿Las moléculas dentro del automóvil que rebotan tienen algún efecto sobre el movimiento del Bob? Quiero decir, ¿el resultado sería el mismo incluso si hiciéramos esto en una nave espacial en el vacío?

Si la lenteja tuviera movimiento debido al aire, eso significaría que está siendo influenciada por las fuerzas de contacto con las moléculas de aire. Recuerde, la primera ley de Newton establece que un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo a menos que una fuerza externa actúe sobre él . Si el movimiento de la lenteja se debiera al contacto con moléculas de aire, eso constituiría una fuerza externa de este tipo. Naturalmente, en el vacío del espacio no estaría involucrado el contacto con las moléculas de aire.

Creo que la confusión que tengo es que el péndulo permanece en su lugar incluso cuando el automóvil comienza a moverse. Es como si pudiéramos ver claramente el ángulo que forma la cuerda del péndulo con el cambio del eje vertical. Entonces, claramente, la configuración del sistema está cambiando, pero decimos que el péndulo permanece en su lugar.

La lenteja del péndulo solo inicialmente permanece en su lugar horizontalmente en el marco de la carretera debido a que no hay una fuerza horizontal externa. Pero a medida que aumenta la componente horizontal de la tensión de la cuerda, la lenteja se mueve con el carro.

Los diagramas a continuación pueden ayudar a visualizar lo que está sucediendo. El primer diagrama muestra el péndulo sujeto al techo del automóvil desde la perspectiva de un observador en el marco inercial (la carretera). Asumiremos que no surgirá ninguna fuerza de arrastre del aire. Entonces, inicialmente no hay fuerzas horizontales externas que actúen sobre la lenteja.

Las figuras AC del segundo diagrama muestran la progresión del movimiento del carro/péndulo visto por un observador en la carretera (el marco sin aceleración). La aceleración comienza en la figura A.

En la figura B, la base del carro/péndulo se ha movido en la dirección x. La lenteja tiende a permanecer en su lugar horizontalmente debido a su inercia con solo un ligero desplazamiento (menos que el carro/base) en la dirección x debido a una pequeña componente horizontal de la tensión en la cuerda.

En la figura C, la cuerda tira cada vez más de la lenteja en la dirección x debido a la fuerza en la cuerda. Eventualmente, el ángulo del péndulo alcanzará un valor máximo, dependiendo de la aceleración del automóvil, y la velocidad horizontal de la lenteja será la misma que la del automóvil.

Espero que esto ayude.

Creo que la mejor respuesta aquí es que, desde la perspectiva del observador inercial, simplemente no hay nada que explicar, siempre que haya aceptado las leyes de Newton. La lenteja del péndulo está haciendo exactamente lo que la primera ley de Newton predice que hará: mantener su impulso en ausencia de fuerzas sobre él.

La necesidad de explicación surge sólo para el observador no inercial, que ve una violación de la segunda ley de Newton en la medida en que ve la lenteja acelerar pero sin fuerza que la explique. Así que tiene dos opciones: o inventar una fuerza para explicar la aceleración o postular que su propio sistema de referencia está acelerando. Esto es análogo a cómo Einstein revolucionó nuestra comprensión de la gravedad.

La persona que está fuera del automóvil puede entender el comportamiento del péndulo de la misma manera que la persona que está dentro. Cualquier marco de referencia se puede usar para resolver cualquier problema, por lo que debe elegir el que haga que el problema sea más fácil. No está obligado a elegir un marco en el que esté en reposo. Cuando la gente lo hace, es solo porque eso hace que el problema sea más fácil, y ciertamente no sucederá aquí, dado que la gente no tiene nada que ver con la configuración del problema.

Creo que modelar el comportamiento del péndulo en este problema, si desea ser bastante preciso al respecto e incluir la oscilación y quizás el amortiguamiento, será mucho más fácil en el marco de aceleración, al menos si la aceleración es uniforme. Puede tomar la suma de la aceleración gravitacional y ficticia como su aceleración gravitacional efectiva y conectarla a las fórmulas estándar del péndulo. La descripción con respecto al marco de inercia, sin importar cómo se derive, será una transformación de coordenadas de la descripción más simple con respecto al marco de aceleración.

Si desea una descripción cualitativa con respecto al marco de inercia, sin tener en cuenta los detalles del movimiento, puede leer la respuesta de Bob D. Me doy cuenta de que esto no es una respuesta, pero siento que es la respuesta correcta a problemas verbales como este que, tal como están redactados, parecen estar basados ​​en un concepto erróneo. Lo último que necesita el mundo en este momento es la noción de que diferentes personas viven en universos privados y son incapaces de comprender nada desde el punto de vista de los demás. Puedo decirles que eso es 100% falso en física. Puede comprender las bandas de Júpiter en términos de la fuerza de Coriolis incluso si no está en Júpiter, y probablemente debería hacerlo.