Ball aus dem Zug gefallen [geschlossen]

Stellen Sie sich dieses Szenario im Vakuum vor, wenn der Ball losgelassen wird, gehorcht er dem 1. Gesetz von Newton und bleibt daher in Ruhe.

Vernachlässigen wir die Wirkung der Luft aufgrund der Zuggeschwindigkeit, fällt die Kugel senkrecht nach unten, da sie nur die Schwerkraft erfährt.

Unter Berücksichtigung der Wirkung von Luft und wenn sich der Ball in der Nähe des Zuges befindet, kann er (für einige Zeit) am Zug entlangkommen und dann langsam nach unten gehen

Die Bewegung des Balls erfolgt in Bezug auf den Boden

Berücksichtigen Sie die Kräfte, die auf den Ball wirken, wenn er losgelassen wird.

Wenn wir den Luftwiderstand vernachlässigen, wirkt nur die Schwerkraft auf den Ball und er beschleunigt aus Sicht des Beobachters im Zug vertikal. Es behält seine horizontale Geschwindigkeit bei, die es bereits hatte, weil es sich mit dem Zug bewegte. Aus der Sicht des Menschen am Boden ist dies ein Parabelpfad.

Wenn der Luftwiderstand nicht vernachlässigbar ist, entsteht eine Widerstandskraft in der der Geschwindigkeit entgegengesetzten Richtung, während die Schwerkraft noch wirkt. Dies wird dazu neigen, die horizontale Komponente auf Null zu reduzieren, während eine vertikale Komponente beibehalten wird. Die Form der Bewegung hängt von mehreren Dingen ab, ähnelt aber aus Sicht des Beobachters am Boden am ehesten einer Ellipse, da die horizontale Geschwindigkeitskomponente abnimmt.

Für einen am Ufer stehenden Mann erscheint der Ball als horizontal geworfen (mit einer Anfangsgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit des Zuges), daher sollte er dem Weg eines Projektils folgen, das unter der Wirkung der Schwerkraft horizontal geworfen wird. Mit obiger Info. Man kann leicht zur Natur des Pfades gelangen.

Angenommen, wir können die Luftreibung ignorieren und die Geschwindigkeit des Zuges ist konstant (beides wurde nicht angegeben).

a) Aus der Sicht (im Bezugssystem) der Person, die den Ball fallen gelassen hat, bewegt er sich vertikal.

Betrachten Sie die Dinge nun aus der Sicht/dem Bezugsrahmen der Person, die den Ball fängt.

b) Unter der Annahme, dass der Schwerkraftgradient der Erde vernachlässigt werden kann (was nicht angegeben wurde) und dass die Geschwindigkeit des Zuges klein ist im Vergleich zur Umlaufgeschwindigkeit der Erde in dieser Höhe (was ebenfalls nicht angegeben wurde), wird die Kugel folgen eine Parabelbahn.

c) Unter der Annahme, dass der Gravitationsgradient nicht vernachlässigt werden kann, folgt die Kugel je nach Geschwindigkeit des Zuges entweder einer elliptischen, einer kreisförmigen oder einer hyperbolischen Bahn. Siehe Newtons Kanone.

d) Wenn die Luftreibung nicht ignoriert werden kann, ist keine der Entscheidungen in beiden Bezugsrahmen richtig.

EDIT - Ach ja, und im Bezugsrahmen des Balls findet natürlich keine Bewegung (durch den Ball) statt.