¿Volvería al suelo una pelota que rebota en una centrífuga?

Tu intuición es correcta. La llamada fuerza centrífuga es el producto de la masa y la aceleración en un marco giratorio. Si estás en una centrífuga y sueltas el marco giratorio, ya no estás acelerado radialmente, sino que simplemente mantienes el impulso que te imparte y tu propia fuerza cuando lo sueltas.

Si esta centrífuga se configuró en gravedad cero, como, por ejemplo , ruedas espaciales , si saltas, entonces tu trayectoria sería un producto tanto de la dirección de tu salto (tu componente vertical), como de la dirección de la rotación del marco en el punto que suéltalo (tu componente horizontal). Pero, a menos que algo actúe sobre usted mientras está en el aire , de modo que el producto de estas dos velocidades sea ahora sujeto a cambiar su magnitud (ya sea que lo acelere o lo desacelere, como, digamos, el aire dentro de la rueda espacial girando junto con él), ahora estás en constante movimiento, es decir, ya no aceleras, así que no hay gravedad simulada por aceleración constante.

Ilustremos esto un poco; Si decimos que saltaste a la misma velocidad que gira la rueda y hacia su centro de giro, saltarías en un ángulo de 45° con respecto a tu normal y el mismo ángulo hacia el centro de giro. Dado que el marco giratorio se movió mientras estabas en el aire , es posible que aterrices en el mismo lugar desde el que saltaste, lo que parecería un poco espeluznante, pero esa es la diversión de los marcos giratorios. Este efecto percibido en su movimiento una vez que suelta el marco giratorio incluso tiene un nombre: efecto Coriolis :

Esta imagen es de Wikipedia y podría no ser la mejor para ilustrar el punto, ya que muestra un objeto que cae en un marco giratorio lejos del centro de rotación, así que aquí hay un par de animaciones de una película tomada durante el entrenamiento de cosmonautas en el sistema centrífugo de Star City. en los años 60 (que yo sepa, sigue siendo la centrífuga más grande que realmente alojó a personas durante los experimentos, aunque los estadounidenses construyeron algunos más grandes que nunca se usaron realmente):

Mejor ejemplo, pero cuenta solo la mitad de la historia de saltar desde el marco giratorio hacia el centro de rotación, ya que tampoco incluye el camino de regreso al marco giratorio. Y esta centrífuga se construyó en la Tierra con un componente vertical adicional de la gravedad de la Tierra, por lo que no sería el mejor ejemplo de todos modos. Creo que dejaré que imagines cómo se vería esto en gravedad cero, pero intenta adivinar primero en qué dirección gira la centrífuga en las dos últimas animaciones (pista: no en la que pensarías).

La respuesta corta es que cuando lanzas una pelota en una centrífuga en el espacio, viaja en línea recta hasta que golpea algo. No experimenta pseudogravedad y efectivamente no experimenta ninguna aceleración.

El problema se simplifica un poco al evacuar el aire para que sea un vacío. Digamos que la superficie de la centrífuga se mueve a 50 km/h, estás parado en la superficie y puedes lanzar una pelota a 50 km/h.

Primero dejas caer la pelota, simplemente suéltala de tu mano. La pelota volará hacia adelante en línea recta a 50 km/h, usted también se moverá a 50 km/h, pero la superficie de la centrífuga lo empujará hacia arriba. Esto creará la ilusión visual de que la pelota está cayendo a pesar de que en realidad eres tú quien está siendo empujado hacia arriba.

A continuación, lo lanza hacia atrás a 50 km/h para que tenga una velocidad neta cero. ¿Lo que sucede? La pelota permanece donde estaba cuando la lanzaste, colgando en el espacio sin que ninguna fuerza actúe sobre ella. Si te quedas parado donde estás en la superficie de la centrífuga, en la siguiente revolución golpearás la bola a 50 km/h. Desde tu perspectiva, parecerá que la pelota se aleja volando de ti a 50 km/h, vuela alrededor de la centrífuga y luego te golpea en la cabeza, aunque en realidad solo estaba suspendida en el espacio. Aquí es donde una centrífuga se desvía de la manera más absurda de la gravedad real, en un cilindro giratorio, la ilusión de gravedad es causada por el objeto que se mueve en línea recta hasta que intercepta el piso (que se está curvando hacia arriba), un objeto con velocidad neta cero simplemente cuelgue allí mientras el piso del cilindro gira debajo de él.

Entonces, si lanzas la pelota a 50 km/h en la dirección del movimiento, viajará en línea recta a 100 km/h y golpeará la superficie de la centrífuga debido a la curvatura del cilindro. La trayectoria en realidad no es diferente a lanzar la pelota a 100 km/h en un cilindro no giratorio, en ambos casos la pelota viajará en línea recta, acercándose cada vez más al suelo, hasta que lo golpea. La trayectoria aparente no es una parábola, como lo sería con la gravedad, sino un segmento de círculo, que sin embargo puede ser una buena aproximación para una parábola para ángulos pequeños.

Cuando agrega aire, obtiene la resistencia del aire que generalmente actuará para reducir la velocidad de la bola, y el aire será barrido junto con la superficie de la centrífuga, creando efectivamente un viento que llevará cosas consigo. La presión del aire tenderá a empujar los objetos menos flotantes hacia la superficie de la centrífuga y los objetos más ligeros que el aire hacia el centro.

Exactamente si puede lanzar un objeto a través de la centrífuga hacia el otro lado (o "alrededor del mundo"), depende de poder superar la velocidad de la superficie de la centrífuga. Si la superficie se movía a 100 km/h, entonces una pelota lanzada a 50 km/h siempre volará hacia adelante en línea recta y golpeará el suelo. Cuanto más grande y rápida sea la centrífuga, mejor emulará la gravedad.

La fuerza centrífuga es un producto de su marco de referencia. No es un producto de aquello a lo que estás o no estás apegado. Entonces no desaparecería simplemente porque ya no estás en contacto con el suelo.

Sin embargo, si estás en un marco de referencia con fuerzas centrífugas, también estás en un marco de referencia con fuerzas de Coriolis. Esta pseudo fuerza es proporcional a tu velocidad en relación con el marco de referencia.

Las consecuencias de esto es que cuando dejas el piso donde y si regresas depende de tu velocidad. - Sin embargo, en realidad no tienes que dejar el piso para que esta fuerza sea perceptible. Si comienza a viajar contra el giro del cilindro, la fuerza de Coriolis comenzaría a contrarrestar la fuerza centrífuga. Cuando viaja a la misma velocidad que la rotación de los cilindros. Esto significa que te estarías moviendo a la misma velocidad que el centro del cilindro desde la perspectiva de un marco de referencia inercial. En este punto, la fuerza de coriolis y la fuerza centrífuga se contrarrestan de manera precisa, y usted quedaría flotando a lo largo de la superficie del cilindro.

Para simplificar la explicación, imaginemos que estás parado en la superficie interior de un gran tambor giratorio en el espacio. Si saltas directamente "hacia arriba" (hacia el centro de rotación), tendrás un vector de velocidad que será la suma de tu movimiento original a lo largo de la circunferencia más el movimiento "hacia adentro" que te diste al saltar. Excluyendo los efectos de la fricción con una atmósfera interna, seguirá viajando en línea recta a lo largo de este nuevo vector (a velocidad uniforme). Este camino será una línea de cuerda que se cruza con el tambor en dos puntos, uno de los cuales es el punto de su "despegue", el otro será su "aterrizaje" inevitable en la superficie del tambor.