¿Permanecería más tiempo en el aire una bala esférica disparada horizontalmente desde un mosquete que una bala esférica lanzada desde la misma altura?
Sé que se han hecho dos preguntas similares ( ¿Una bala que cae y una bala disparada horizontalmente con un arma REALMENTE golpeará el suelo al mismo tiempo cuando se tiene en cuenta la resistencia del aire? , ¿Cómo puede una bala disparada horizontalmente alcanzar el suelo al mismo tiempo ? ¿una bala caída lo hace? ) pero quiero reducirlo haciendo estas suposiciones:
Me parece que la respuesta a mi pregunta es "sí" (y por lo tanto la respuesta a la pregunta anterior relacionada es "no"), porque la fuerza aerodinámica es más o menos proporcional a la velocidad al cuadrado. A medida que la bala comienza a caer, en algún momento dado donde se conoce el vector de velocidad instantánea, si tomamos este vector de velocidad y calculamos el vector de fuerza aerodinámica total (que es puramente un vector de fuerza de arrastre; no hay sustentación presente) y Luego dividimos este vector de fuerza aerodinámica en componentes verticales y horizontales, obtenemos un componente de fuerza vertical más grande que se opone a la aceleración hacia abajo que si hubiéramos usado la misma ecuación para calcular la fuerza de arrastre aerodinámica que actúa sobre una bola redonda idéntica que cae hacia abajo con la misma vertical instantánea. componente de velocidad pero sin movimiento de avance. ¿Es esto correcto?
La misma lógica parece arrojar luz sobre por qué los vientos laterales ejercen fuerzas laterales mucho más fuertes sobre los automóviles en movimiento que sobre los automóviles estacionados, aunque aquí la situación es mucho más complicada porque el automóvil que se mueve rápidamente actúa como una superficie aerodinámica vertical que vuela en un ángulo eficiente. de ataque y creando un "ascenso" lateral, mientras que el automóvil estacionado se parece más a la misma superficie aerodinámica en una condición completamente "detenida" (debido al muy alto ángulo de ataque de 90 grados). Si el automóvil fueran realmente esféricos, entonces esta complicación se evitaría y la situación sería como la pregunta original planteada arriba. Entonces,
Con un automóvil esférico, ¿ejercería un viento cruzado dado (que sopla perpendicular a la carretera) una mayor componente de fuerza lateral sobre el automóvil (es decir, una componente de fuerza que actúa perpendicular a la carretera) si el automóvil estuviera conduciendo hacia adelante que si estuviera estacionado?
Vamos a dar algunos números:
Bola que cae a una velocidad instantánea de 5 unidades, sin movimiento hacia adelante, la fuerza de arrastre es de 25 unidades
Bola que cae a una velocidad instantánea de 5 unidades y avanza a una velocidad instantánea de 5 unidades, vector de velocidad instantánea total de magnitud 7,07 unidades, fuerza de arrastre total de magnitud 50 unidades.
El componente vertical de la fuerza de arrastre es 50 unidades * seno 45 grados = 35,4 unidades
¿Es esto correcto?
En el vacío caerían al mismo ritmo. Teniendo en cuenta la resistencia del aire, probablemente no lo harían. Los primeros mosquetes que no estaban estriados eran muy imprecisos a distancias más largas porque disparaban un proyectil redondo sin giro. Cualquier defecto, abolladura o imperfección haría que la bala se desviara en una dirección inesperada debido al flujo de aire desigual. Es por eso que los cañones estriados eran más precisos, si la bala tenía un desperfecto y tenía más arrastre de aire en un lado, al estar girando viajaría en espiral o tambaleándose, en un arco de proyectil mucho más predecible. En cuanto a un coche esférico. debería tener un arrastre lateral muy similar, ya sea que se mueva o no. Avanzando, tendría una presión más alta en la parte delantera pero menos en la parte trasera, por lo que la fuerza lateral total debería equilibrarse.
Ahora he encontrado una respuesta muy relacionada que respalda el cálculo dado al final de la pregunta y respalda la idea de que la bala disparada desde el mosquete horizontal permanecerá en el aire más tiempo que la bala que se deja caer desde la misma altura, y también respalda la idea que un viento cruzado ejercerá un componente de fuerza lateral más fuerte en un automóvil esférico que avanza que cuando el mismo automóvil está estacionado. Aquí está: Cálculo de la fuerza del viento y la fuerza de arrastre sobre un objeto que cae
En verdad, el coeficiente de arrastre de una esfera no puede considerarse estrictamente constante debido a la dependencia del número de Reynolds de la velocidad, como se señala en otra respuesta relacionada ¿ Encontrar la fuerza de arrastre (fuerza de resistencia del aire) para una bola acelerada? , pero eso no parece cambiar la conclusión básica establecida inmediatamente arriba.
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