Pelota volando hacia mí - ¿Se viola la tercera ley de Newton?

Estaba tratando de responder la pregunta de la bola voladora aquí sobre la base de la tercera ley de Newton y la conservación del momento. Esto es lo que he probado.

Tomemos una masa esférica de metro 1 (el índice 1 es la pelota) golpea al hombre con masa metro 2 (el índice 2 es el hombre). La velocidad de la pelota es tu 1 . Entonces la fuerza sobre el hombre es

metro 1 ( v 1 tu 1 ) / t = metro 2 ( v 2 tu 2 ) / t

Ahora el segundo caso, el hombre golpea la pelota en reposo a la misma velocidad que la pelota en el caso 1. es decir, tu 1 . La fuerza sobre la pelota es

metro 2 ( v 2 tu 2 ) / t = metro 1 ( v 1 tu 1 ) / t

Desde tu 1 = tu 2 , las ecuaciones no dan fuerzas iguales sobre un objeto.

Así que el dolor debería ser diferente, ¿no?

Respuestas (3)

Caso A) La pelota en movimiento golpea a un hombre estacionario: F 1 A = metro 1 ( v 1 A tu 1 A ) t = metro 2 v 2 A t

Caso B) El hombre en movimiento golpea la pelota estacionaria: F 2 B = metro 2 ( v 2 B tu 2 B ) t = metro 1 v 1 B t

Usted señala que tu 1 A = tu 2 B , vamos a llamarlo tu . No veo qué tiene de malo eso. Que las fuerzas en ambos casos deben ser iguales solo significa que:

Primeros términos: metro 1 ( v 1 A tu ) t = metro 2 ( v 2 B tu ) t metro 1 ( v 1 A tu ) = metro 2 ( v 2 B tu )
Segundos términos: metro 2 v 2 A t = metro 1 v 1 B t metro 2 v 2 A = metro 1 v 1 B

Nada aquí es imposible, y la igualdad de fuerzas en ambos casos no está probada.

Si desea encontrar expresiones para las nuevas velocidades, puede continuar. Como todos estos términos deben ser iguales metro 1 ( v 1 A tu ) = metro 2 ( v 2 B tu ) = metro 2 v 2 A = metro 1 v 1 B , tenemos:

metro 1 ( v 1 A tu ) = metro 1 v 1 B v 1 A tu = v 1 B metro 2 ( v 2 B tu ) = metro 2 v 2 A v 2 B tu = v 2 A

Entonces, el hombre no alcanzará la misma velocidad final en ambos casos. v 1 A v 1 B , y lo mismo para la pelota v 2 A v 2 B . Pero experimentará la misma aceleración :

a 1 A = v 1 A tu 1 A t = v 1 A tu t = v 1 B t = v 1 B 0 t = v 1 B tu 1 B t = a 1 B

Lo mismo para la pelota.

¿No es diferente la transferencia de cantidad de movimiento en ambos casos cuando la pelota y el hombre toman la misma velocidad?
El impulso de @Vinayak es diferente. Pero el cambio (total) en el impulso no lo es.
¿Cómo podemos encontrar ese cambio en la cantidad de movimiento?
Para una colisión elástica, el cambio de momento total siempre es 0. Y lo usaste en tu pregunta. Δ pag = pag a F t mi r pag b mi F o r mi = metro 1 v 1 + metro 2 v 2 metro 1 tu 1 metro 2 tu 2 = metro 1 ( v 1 tu 1 ) + metro 2 ( v 2 tu 2 ) = 0
Creo que mi pregunta no te queda clara. Mi problema es que el dolor (fuerza) experimentado por el hombre no es el mismo en ambos casos cuando uso la tercera ley de Newton.
Bueno. En la pregunta dices que las dos fuerzas no pueden ser iguales. En mi respuesta simplemente estoy señalando que eso es incorrecto. Las fuerzas podrían ser fácilmente iguales. Su cálculo no refuta la tercera ley de Newton, pero tampoco la prueba. Ese es el punto de mi respuesta.
Pero ahora entiendo que te refieres a la transferencia de cantidad de movimiento entre los dos cuerpos. No impulso total . Supongo que así es como defines el dolor. Y para que la transferencia de cantidad de movimiento sea la misma En ambos casos necesitas que las fuerzas sean las mismas, ya que Δ pag = F d t . Bueno, aún así, esto no ha sido refutado por el cálculo anterior. Entonces no hay señal de una violación de la tercera ley de newton.

¿No es solo un cambio en el marco de referencia y por lo tanto las fuerzas son iguales?

Actualización: suponga que sus condiciones iniciales: la pelota ( metro 1 ) golpea al hombre ( metro 2 ). Su velocidad es igual a tu 1 . Como has dicho:

metro 1 ( v 1 tu 1 ) / t = metro 2 ( v 2 tu 2 ) / t
Ahora considere que un observador se mueve a la velocidad tu 1 . La pelota parece estática y el hombre parece que se está moviendo (velocidad de tu 1 ). Ahora obtiene su segunda ecuación, afirmando, por lo tanto, que las fuerzas son iguales y también que la transferencia de cantidad de movimiento es la misma en ambos.

¡Hola, solo invitado, y bienvenido a Physics.SE! Tal como está ahora, su respuesta, aunque no es incorrecta, no es particularmente útil para el OP. Sería muy apreciado si elaborara su respuesta y explicara la causa de la confusión del OP.

Mira ambas ecuaciones. La segunda ecuación es solo la primera multiplicada por 1 entonces el problema no son las ecuaciones, sino tu interpretación de los signos. Parece que está haciendo suposiciones diferentes para cada forma de la misma ecuación, lo que naturalmente generaría confusión.