Movimiento relativo-Aceleración

Mi primera publicación aquí y soy un completo principiante en esto. Así que disculpe si estoy haciendo una pregunta demasiado básica. Esta pregunta es sobre el problema clásico del barco y el río.

Digamos que un bote viaja a 10 m/s en un canal de agua.

  1. la velocidad del agua relativa al suelo es 0.
  2. entonces el bote viaja a 10 m/s con respecto al suelo.
  3. ahora, de repente, el agua en el canal ha comenzado a fluir a 10 m/s en la dirección opuesta. (digamos que esto sucedió en 10 segundos por lo que la aceleración es de 1 m/s^2).
  4. Como después de un tiempo la velocidad del barco en relación con el suelo se ha vuelto 0, entonces, desde el punto de vista del observador desde tierra, el barco ha experimentado una desaceleración.

Mi pregunta es; ¿Es esta desaceleración siempre necesariamente igual a menos la aceleración del agua?

En otras palabras, ¿cuál es la velocidad del bote con respecto al suelo, tiempo infinitesimal dt después de que el agua ha comenzado a acelerar?

PD: Lo que estoy tratando de entender es qué sucede cuando un avión o una embarcación es golpeado por una ráfaga o una perturbación similar.

Compruebe el punto 3, si el río está en reposo y obtiene una velocidad de 10 m/s en 10 segundos. Entonces la aceleración es 1 metro / s 2 , no 10 metro / s 2 .

Respuestas (3)

Mi pregunta es; ¿Es esta desaceleración siempre necesariamente igual a menos la aceleración del agua?

La respuesta es no . La aceleración/desaceleración es controlada por la resistencia de fluido F . Típicamente:

F = k v  para baja velocidad F = k v 2  para alta velocidad

dónde v es la velocidad del objeto (barco, avión, coche...) relativa al fluido y k un coeficiente

  • La resistencia a los fluidos depende de la velocidad (relativa), pero para velocidades bajas la dependencia es lineal, como se muestra. A una velocidad (relativa) casi nula, ya casi no habrá resistencia a los fluidos. Por lo tanto, la desaceleración disminuye con la velocidad.

  • El constante k envuelve la aerodinámica/agilidad del objeto, en otras palabras, la geometría. Un bote de fondo plano atrapará menos agua que un bote con un frente más plano verticalmente y más profundo. Además, la cantidad del bote (el área) que sobresale por debajo de la superficie (dependiendo así del peso y la carga) determina esta geometría.

  • k contiene además otros factores como la viscosidad m (el "espesor" - la resistencia a los fluidos, por supuesto, depende del tipo de fluido) y la densidad ρ (la densidad del aire cambia con la presión y por lo tanto con la altura).

Otras cosas a tener en cuenta es, por ejemplo, que la velocidad del fluido no es necesariamente constante en toda la corriente de agua. La velocidad en la superficie puede ser muy diferente de la velocidad en los bordes o en las profundidades del agua. Esto de repente hace que el valor de v muy complicado, tan complicado que puede variar en diferentes partes del barco para que diferentes partes experimenten diferentes resistencias a los fluidos.

Con todo, la dinámica de fluidos no es una disciplina simple y, por lo general, se basa en resultados experimentales y computacionales en lugar de fórmulas y cálculos. Las descripciones y fórmulas en esta respuesta brindan algunas pautas sobre qué esperar.

Gracias por tu respuesta. Pero aquí es donde entra en juego la interdependencia o la contradicción. Este es mi proceso de pensamiento (que ciertamente debe estar equivocado) 1. Según tengo entendido, la hélice del barco apenas proporciona la potencia suficiente para superar la resistencia al trim vel de 10ms-1 y el intercambio de energía siempre es entre el agua y el barco. 2. Ahora imagina que en un pequeño intervalo de tiempo dt (digamos 1s) el agua ha comenzado a moverse. 3. Debido a que el motor produce suficiente potencia para propulsar el bote a 10 ms-1, el bote mantendrá constante su velocidad relativa con el agua.
4. ¿Qué sucede con el impulso de Boats? Un observador desde tierra diría que el impulso ha disminuido y se debería haber aplicado fuerza. 5. El observador en el bote diría que el bote no ha experimentado ninguna fuerza. Si lo anterior es correcto, no hay forma de que un avión comience a moverse en una turbulencia o ráfagas de viento. Seguramente la aceleración del viento debería tener algún efecto. ¿Me puede señalar lo que está mal en mi proceso de pensamiento?
Edité mi pregunta original para ponerla más claramente. En otras palabras, ¿cuál es la velocidad del bote con respecto al suelo, tiempo infinitesimal dt después de que el agua ha comenzado a acelerar?

Si su bote viaja con velocidad constante, entonces su desaceleración es igual a la aceleración del agua. a b o a t = a i norte i t i a yo o F b o a t + a w a t mi r = 0 + a w a t mi r = − 10 metro / s 2
Sin embargo, la velocidad de los barcos en relación con el agua es la misma de 10 m/s.

En vuelo es lo mismo, las aves despegan simplemente abriendo sus alas en ráfagas entrantes desde una percha o rama sin aletear, pero luego incluso mientras el viento todavía sopla, porque están flotando a la misma velocidad que tienen que aletear para mantenerse a flote La ráfaga que había reemplazado a la toma de fuerza ha entregado su aceleración.

Se ha observado que algunos aviones en tierra despegan debido a fuertes ráfagas y vuelan hacia atrás, pero pronto se estrellan porque la ráfaga se convierte en viento constante o simplemente se calma. Los informes meteorológicos de aviación tienen información sobre vientos y ráfagas. Los vientos son un factor importante en la planificación del vuelo, querrás volar con ellos, no contra ellos. Pero despegas y aterrizas contra ellos.

Las ráfagas de bajo nivel son peligrosas porque obligan al avión a entrar en pérdida o descender a altitudes de las que es difícil recuperarse. Por contradictorio que parezca, a un nivel razonable, los aviones pueden volar y vuelan en ráfagas fuertes. Los pilotos consultan su velocidad del aire a través de un tubo pitot que mide solo la velocidad relativa contra la corriente de aire circundante (para la configuración de flaps y la actitud y evitar la pérdida), no el GPS satelital. Es solo cerca del aterrizaje que el control y la seguridad son un problema real, no solo la incomodidad de los pasajeros y algunos rasguños.

"su desaceleración es igual a la aceleración del agua". Esto no es necesariamente correcto. La aerodinámica, entre otros factores, puede alterar esto seriamente.
Dentro del alcance de la pregunta del OP, es una respuesta aceptable. Sé de hidrodinámica y aviación, ¡soy piloto! Pero un bote pequeño en un río bajo aceleraciones del orden de 1 m/s no necesita preocuparse por el número de Reynolds o la viscosidad y el flujo laminar para modelar la velocidad. Hago acrobacias aéreas ahora que estoy jubilado y trato de recordar mis maniobras de aviación con la mayor nitidez posible.
Creo en su conocimiento en este campo, puedo verlo en su respuesta. Pero el OP establece claramente que desea una respuesta a su ejemplo simplificado de bote sobre el agua para comprender los aviones en el viento. Me temo que su declaración aquí solo lo confundirá; estrictamente hablando, es incorrecta en la mayoría de los casos.

Acabo de encontrar la respuesta y pensé en compartirla aquí en caso de que sea útil para una persona con el mismo tipo de pregunta.

La velocidad del bote con respecto al agua infinitesimalmente después de que el agua ha comenzado a acelerar es ∫ − 1 d t en este caso.

La razón es la aceleración relativa en el tiempo t = 0 es − 1   metro s − 2 .

Y la desaceleración no es necesariamente igual a la aceleración del agua como sugirió Steeven.

Salud

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