Si lanzo una pelota hacia abajo verticalmente y dejo caer otra pelota desde la misma altura simultáneamente, ¿ambos golpearán el suelo al mismo tiempo?

El Dr. Haselhoff ha escrito una respuesta bastante clara sobre este tema. Solo me gustaría decir algo y hacer un par de aclaraciones.

Primero, realmente hay algunos profesores de física densos. Vi a un profesor de física (tenía una maestría en física, estaba enseñando un curso de colegio comunitario) y les pedía a los estudiantes que miraran sus llaves donde las arrojaba al aire. Luego preguntó a los estudiantes cuál era la velocidad de sus llaves en la parte superior de su viaje. Un estudiante (correctamente) respondió que las teclas tenían velocidad cero, a lo que el maestro estuvo de acuerdo. Luego preguntó a los estudiantes cuál era la aceleración de sus llaves en la parte superior de su viaje. Un estudiante (incorrectamente) respondió que las teclas tenían una aceleración cero, a lo que el maestro nuevamente estuvo de acuerdo. O el maestro no estaba prestando atención (debería haberlo hecho si les hacía una pregunta a sus alumnos) o era un ignorante monumental. En cualquier caso, lo que hizo fue un gran servicio a sus alumnos, al reforzar el conocimiento erróneo.

Honestamente, tu maestro probablemente pensó que querías decir que estabas lanzando la pelota horizontalmente, lo que (advertencia abajo) golpearía el suelo al mismo tiempo que la pelota caía.

La advertencia es la siguiente: si impulsa un proyectil lo suficientemente rápido, ese proyectil tiene que caer una distancia mayor que la del proyectil, debido a la curvatura de la tierra. No es algo que se encuentre a menudo, sino algo que es importante en ciertas circunstancias.

No.
Ignorando la fricción y la velocidad terminal, la posición de cualquier cosa que acelere es:
i + vt + en ^ 2

…dónde
i = posición inicial

v = velocidad

a = aceleración

t = tiempo

Si conecta números (i = 0, y a = 9.8m / s ^ 2) notará en el primer escenario, v = 0. En el segundo escenario, v no es 0, porque en realidad arrojó la pelota. En realidad se moverán más lejos.

Digamos que lanzaste la segunda bola a 20 metros / s. Al conectar los números, obtenemos:

A los 0 segundos (el comienzo) están en la misma posición.

A 1 segundo, están a 20 metros de distancia.

A los 2 segundos, están separados por 40 metros.

A los 3 segundos, están a 60 metros de distancia.

Entonces, cada segundo después del lanzamiento, van a separar otros 20 metros. No hay forma de que vayan a tocar el suelo al mismo tiempo si una bola comenzó con una velocidad inicial diferente.

En lo que su profesor de física pudo haber estado pensando es en la hipótesis de Galileo de que dos objetos de diferentes densidades arrojados al mismo tiempo en el vacío golpearían el suelo al mismo tiempo. Esto ya se ha demostrado en un experimento en una cámara de vacío:

En este caso, llegarán en el mismo segundo, a la misma velocidad (¡pero no con la misma fuerza!). Todavía no me gustaría estar debajo de esa bola de boliche.

Bueno, la respuesta se encuentra aquí en otras respuestas, pero creo que el problema es más a menudo con la naturaleza de las preguntas (así que abordaré eso en su lugar;).

En la meta-lógica hay un conjunto de métodos y teorías que, en conjunto, se denominan teoría del modelo. La idea es construir esta cosa llamada Estructura con constantes, variables y funciones, Y con lo que se llama Interpretación. La idea de una interpretación es conectar los símbolos utilizados para modelar lógicamente (lo que también significa matemáticamente) (→ Teoría del modelo;) el sistema físico de interés para los objetos (reales o imaginarios) que los símbolos deben representar, de acuerdo con uno o más teorías

Lo que sucedió aquí es que una ambigüedad se ha infiltrado en el uso de su modelo intuitivo / informal, por lo que la pregunta ha sido interpretada de manera diferente por usted que por su maestro.

Para obtener las respuestas modeladas “correctas” a tales preguntas sin ambigüedades, debe dedicar más tiempo a interpretar la pregunta. En mecánica, esto significa determinar un origen y escala adecuados para los ejes, y luego determinar las condiciones iniciales y de contorno. Una vez hecho esto y todos están de acuerdo en que se está haciendo la pregunta correcta, hay dos formas de obtener la “respuesta”.

La respuesta real (empírica) es lo que obtienes al realizar un experimento en vivo (la naturaleza es el primer y último árbitro de la verdad;).

El analítico se capta haciendo los cálculos usando el MEJOR modelo disponible, y luego interpretando las cantidades y unidades que se producen.

Lo que sucedió aquí se debió a una interpretación pobre o incompleta de la pregunta, por lo que incluso el modelo correcto puede producir muchas respuestas incorrectas dependiendo de cómo se interprete el problema ANTES de que se ofrezca una solución.

Aquí hay un modelo casi completo para la mecánica del movimiento de proyectiles no rotacionales en un gran campo gravitacional constante:

velocidad

= Δ s / Δ t

v = d s / dt

aceleración

= Δ v / Δ t

a = d v / dt

ecuaciones de movimiento

v = vo + en
x = xo + v o t + ½ en 2 (← ¡Nuestra ecuación clave, es decir, función!)
v 2 = vo 2 + 2 a ( xxo)
= ½ ( v + vo )

Estas ‘o’s’ son ceros, que significa ‘valor inicial’

segunda ley de newton

F = m a

F = d p / dt

Ahora, la ecuación (función) de interés para usted es: x = x (nada) + v (nada) + 1 / 2at ^ 2 (lo siento, no puedo hacer bien las ecuaciones en Quora).

Aquí las variables son x, v y t, y la constante es a. Las ecuaciones son todas funciones (solo una salida para cada entrada, etc.)

Haga x (cero) el punto desde donde suelta los objetos y el origen, por lo que su valor = 0.

Entonces obtenemos x = v (nada) t + 1 / 2at ^ 2, donde x es ahora la distancia al suelo desde donde se dejan caer los objetos.

Para el objeto que acaba de soltar, v (nada) t = 0, porque v (nada) = 0, ¿verdad?

y así, en este experimento mental t = raíz cuadrada (2x / a)

Para el objeto que arrojas v (nada) hay algún valor negativo distinto de cero. Resolver la ecuación es un truco, pero el resultado es que a medida que v (nada) se hace más grande en la dirección negativa t, cuando se resuelve, se hace más y más pequeño.

Esto se interpreta como que el objeto arrojado (hacia abajo) siempre golpeará el suelo en menos tiempo que el objeto de soltar, y en alguna proporción no lineal relacionada con v (nada) (qué tan rápido lo arrojas, el mayor el valor negativo de v (nada) → incluso menor tiempo para tocar el suelo).

Si los dos objetos simplemente se sueltan juntos, en lugar de efectos de fricción, se describirían con ecuaciones, variables y constantes idénticas, por lo que siempre se obtiene el mismo valor de t (y así EN LA INTERPRETACIÓN ambos golpean el suelo juntos después de una cantidad de time = t ha pasado, por cierta distancia, x, al suelo debajo de donde los sueltas, que es el origen ELEGIDO para tu marco de referencia).

Por supuesto, este tipo de experimentos mentales a menudo se resuelven más fácilmente por intuición, pero la intuición a menudo resulta ser incorrecta a medida que las cosas se vuelven más complejas.

Y, como espero que vea, traté de mostrarle que el tiempo dedicado a interpretar una pregunta es a menudo la parte más difícil de construir o elegir el modelo correcto para interpretar un problema planteado en lenguaje natural.

Ambos tenían razón, pero estaban hablando uno al lado del otro en sus “apuros” para estar en lo cierto (en lugar de comprender la forma ambigua de interpretar el problema en cuestión).

El genio de la resolución de problemas radica en cómo traduce los significados informales ambiguos derivados del lenguaje natural en las variables lógicas consistentes, constantes y funciones, que harán la predicción a través de las matemáticas en el lenguaje técnico, es decir, siempre lógicamente consistente y nunca ambiguo. .

De lo contrario, haz el experimento; ) Esa es la única respuesta “real”, y solo es real cuando sucede. La forma en que pasamos de los experimentos repetidos a las leyes es otra caldera de peces; )

Es decir, es solo haciendo MUCHOS experimentos con resultados cuantitativos que se ajustan a ALGUNA TEORÍA (realizada en un lenguaje lógico, generalmente algún tipo de matemática) que llegamos a tener todos estos modelos en primer lugar.

Hay mucho para ti (y tu maestro aparentemente;) aún por comprender.

Bienvenido al agujero del conejo (w).

¡Depende de qué dirección lo lances! Como quieres ignorar el aire, supongo que quieres decir que se lanza horizontalmente. En cuyo caso, sí lo hará. ¿Por qué? Tienes gravedad tirando cualquier bola hacia abajo, acelerándola en esa dirección. La rapidez con que se mueve perpendicular a eso, de manera horizontal, no cambia su peso. Y su peso solo cambia la altura del suelo, y ambas bolas tienen la misma altura para cubrir.

Al menos eso funciona siempre que puedas decir que la gravedad siempre es perpendicular a la dirección en la que lanzaste la pelota. Si lo lanzas lo suficientemente fuerte, irá lo suficientemente lejos alrededor de la Tierra como para que la gravedad ahora esté tirando la pelota en otra dirección. Si te haces un dibujo, verás que tirará de la pelota un poco hacia atrás, por lo que se acercará más a la Tierra que si cayera en un plano tangencial a donde se paró al lanzar la pelota. Pero ese es un camino más largo, así que ahora la pelota que lanzaste cae más tarde que la que tiraste.

Si lanzas aún más fuerte, entonces (aún ignorando el aire) podría nunca aterrizar. Eso es lo que hicimos con los satélites y la estación espacial, básicamente.

Si ignora la fricción, entonces no hay velocidad terminal. Si no hay velocidad terminal, ambos objetos continuarán acelerando hasta que toquen el suelo. El objeto arrojado irá más rápido que, pero seguirá acelerando al mismo ritmo que el objeto arrojado. Suponiendo que la distancia no sea tan corta como para que la medición sea insignificante, el objeto lanzado debe golpear el suelo primero.

Puede suponer que el objeto lanzado simplemente se dejó caer desde un punto más alto y ya se ha acelerado a la velocidad inicial en el punto en el que se cae el otro objeto.

Si se considera que la gravedad es 32.2 pies / seg / seg, y definiremos la velocidad inicial del objeto lanzado como 20 pies / seg, entonces después de un segundo, el objeto arrojado tendrá una velocidad de 52.2 pies / seg y tendrá viajó 52.2 pies, mientras que el otro objeto tendrá una velocidad de 32.2 pies / seg y viajó 32.2 pies. Por lo tanto, el objeto lanzado claramente va a tocar el suelo primero.

El que arrojes golpeará primero y, ignorando la resistencia del aire, es trivial calcular la diferencia.

Usted (probablemente) se está comunicando mal con su maestro, o él tiene una incomprensión fundamental y paralizante de la cinemática. Busque las “ecuaciones de movimiento” y calcule usted mismo.

Sospecho que la declaración original era realmente
“Si lanzo una pelota horizontalmente y dejo caer otra pelota desde la misma altura, ambos golpearán el suelo al mismo tiempo”.
Este es cierto y tiene mucho más sentido.

Lanzarlo implica impartirle una velocidad inicial. Dejarlo caer implica que comienza con velocidad cero.

Entonces, en la bola lanzada inicialmente se mueve más rápido que la lanzada, pero ambos son acelerados por la gravedad al mismo ritmo. Por lo tanto, la bola lanzada golpeará el suelo más rápido porque su velocidad promedio siempre será mayor por la velocidad inicial. En todo momento se moverá más rápido hacia el suelo.

No, porque le has dado a uno de ellos una velocidad inicial más alta, siempre tendrá una ventaja sobre la que simplemente soltaste.

La ecuación relevante es:

d = ut + 1/2 \ veces en ^ 2

Donde ‘d’ es la distancia caída, ‘u’ es la velocidad inicial, ‘a’ es la aceleración (gravedad) y ‘t’ es el tiempo. Las dos bolas tienen la misma ‘a’, la que tiraste tiene una ‘u’ de cero, por lo que la que fue arrojada tiene la ‘u’ que tenía cuando la soltaste.

Entonces, si soltó uno y le dio al otro (digamos) 0.1 metros de velocidad adicional, luego de un segundo, estará 0.1 metros por delante del que acaba de soltar.

Incluso si las bolas finalmente alcanzan su velocidad terminal debido a la resistencia del aire, la que tenía una velocidad inicial alcanzará esa velocidad máxima antes y retendrá cualquier plomo que tenga desde ese punto en adelante.

Me sorprendería mucho si un profesor de física no pudiera resolverlo en un tiempo cero, por lo que sospecho que inadvertidamente hizo una pregunta * ligeramente * diferente, o que su maestro no entendió lo que le preguntó.

Si omitió las palabras “hacia abajo verticalmente”, entonces su profesor de física probablemente supondrá que usted quiso decir “horizontalmente”, y si arroja una pelota horizontalmente, de hecho golpeará el suelo al mismo tiempo que una que simplemente dejó caer.

Ahora * ESO * es algo bastante sorprendente, y una de esas preguntas que surge con bastante frecuencia. Así que no me sorprendería en absoluto si eso es lo que el maestro pensó que estabas pensando.

Entonces, si fuera usted, volvería al profesor y le diría muy específicamente “VERTICALMENTE”, y estoy seguro de que obtendrá la misma respuesta que le di.

¡Decir ah! Otra variación sobre el tema de las bolas.

Creo que tu maestra no escuchó la historia completa. Si sueltas dos bolas desde la misma altura en el mismo momento, tocarán el suelo al mismo tiempo (ignorando la fricción), independientemente de su tamaño o masa.

Si tira uno hacia abajo y deja caer el otro, la primera bola tendrá una velocidad más alta al principio. Dado que la aceleración (cambio de velocidad) de ambas bolas es la misma, la primera bola siempre será más rápida y, por lo tanto, golpeará primero el suelo.

Creo que tu maestra se perdió la parte de una pelota que fue lanzada y no cayó.

Creo que tu maestro está discutiendo la situación cuando una pelota se cae y la otra se lanza horizontalmente. Este es un ejemplo clásico utilizado en física introductoria.

Si la pelota se lanza verticalmente, entonces las dos bolas ciertamente no alcanzarán el suelo simultáneamente. Solo he visto este tipo de ejemplo cuando el objetivo es determinar la diferencia en el tiempo.

Creo que te refieres a tirar la pelota horizontalmente. Lo hicimos en la clase de física en la escuela secundaria. El instructor tenía un dispositivo que disparaba un rodamiento de bolas a través de la habitación y simplemente liberaba un rodamiento de bolas del mismo tamaño. Ambos golpearían el suelo al mismo tiempo.

Si. La atracción gravitacional es constante. Es independiente de la masa.

Ambos acelerarán a la misma velocidad, pero viendo que comienzan a diferentes velocidades, Inge protegió los golpes descendentes primero. Puedes probar esto por ti mismo muy fácilmente.