Was würde passieren, wenn ein Ball durch das offene Fenster eines Autos flog?

Ich habe diese Frage vor einiger Zeit einem Lehrer für Naturwissenschaften gestellt, aber keine klare Antwort erhalten. Nun, ich hatte gehofft, dass jemand auf dieser Physik-Site etwas Licht in mein Rätsel bringen könnte,

Ich habe mich lange gefragt, was passieren würde, wenn ein Ball durch ein offenes Fenster in ein Auto fliegen würde.

Ein Beispiel für diese Situation ist unten in diesem Auszug aus einem Roman aufgeführt, den ich einmal geschrieben habe. Die Situation auf den folgenden Seiten hebt ein Ereignis hervor, bei dem zwei verschiedene Szenarien auftreten, und ich habe mich gefragt, welches realistischer wäre.

Auszug, Seiten 831-833:

Zunächst einmal war die Arbeit dieses Mitarbeiters an diesem Abend nicht umsonst. Auf der negativen Seite wurde der nächste Pitch, den Gregg rollte, vom Kicker so hart zugeschlagen, dass C.1 dachte, der Ball würde mitten in der Luft explodieren. Stattdessen geschah etwas viel Schlimmeres; Der Ball flog mit großer Geschwindigkeit auf die Straße zu, und im selben Moment tauchte rechts hinter einer Gruppe von Kiefern eine rote Limousine auf, die auf den Ball zuraste. Würden sie sich schneiden? C.1 hatte Angst, dass der Ball das rote Auto treffen würde. Aber nach dem, was als nächstes passierte, dachte C.1, dass es besser gewesen wäre, das rote Auto zu treffen, als das, was wirklich als nächstes passierte. Zu diesem Zeitpunkt schauten alle auf den Ball. Ein grüner Fleck flog über den Bürgersteig und die Rinne, und gerade als C.1 wusste, dass die Kugel sicher den Spiegel des Fahrers zerschmettern würde, Der Ball flog direkt zum Fenster und ins Auto! Sie alle konnten einen Schrei aus dem Auto hören, als der Fahrer ausflippte. Das Fahrerfenster war heruntergekurbelt worden und der Ball hatte es irgendwie geschafft, ins Auto zu fliegen! Das Auto schleuderte und schleuderte, bevor es mit quietschenden Reifen zum Stehen kam, aber nicht bevor es jemandem den Briefkasten herausnahm und einem großen Baum knapp auswich, als es auf dem Rasen des einstöckigen Hauses zum Stehen kam, das immer noch den Ball auf seinem Dach trug. "Du meine Güte!" rief Gregg aus, nachdem sie alle ihre Münder geschlossen hatten. „Ich hoffe, es geht ihr gut!“ Mehrere Mitarbeiter stürmten so schnell sie konnten auf die Straße zu und sprinteten mit aller Kraft, bis sie das Auto erreichten. Sie fingen an, mit dem Fahrer zu reden, und sprinteten schließlich zurück, kurz bevor das rote Auto vom Rasen rollte, über den Bordstein hüpfte, und setzte seinen Weg die Straße hinunter fort. „Hätte ihr fast die Nase rausgerissen“, erklärte David, als er den Diamanten wieder erreichte. „Wir erklärten, was los war, und entschuldigten uns, und sie sagte, dass sie gerade einen Schrecken erlitten hatte, das war alles; Sie kurbelte einfach ihre Fenster hoch und fuhr davon.“ „Gut zu sehen, dass sie jetzt etwas gesunden Menschenverstand hat“, kicherte Gregg träge. „Der Ball hingegen hatte nicht so viel Glück“, sagte David und reichte Gregg ein flaches Stück grünes Gummi. „Es traf einen der Knöpfe am Armaturenbrett und knallte. Es ist ein großes Glück, dass Marcia diese zusätzlichen Bälle aufgeblasen hat, denn wir werden einen brauchen.“ Die Erklärungen waren abgeschlossen und das Spiel wurde fortgesetzt. Mehrere Feldspieler bewachten die Straße mehr als nötig, und sie hielten jedes Mal, wenn Gregg den Ball warf, ihre Hände bereit. Schließlich wechselten die Teams erneut, und Greggs Team war bereit, wieder zu kicken. Mehrere Homeruns wurden erzielt, darunter Greggs, und er erhielt einen herzlichen Applaus vom Team, als er zurücklief und sein Fuß über die Home Plate streifte, kurz bevor ein grüner Fleck über die Platte flog und gegen die Foul Pole prallte. Schließlich war C.1 an der Reihe zu kicken. Er stellte sich das Gesicht von C.15 im Außenfeld vor, erkannte aber schnell, dass er an jemanden denken musste, den er hasste; nicht jemand, den er liebte. Er entschied sich schließlich für seinen verstorbenen Vater und nickte mit dem Kopf in Richtung des Krugs. Kurz bevor der Ball über die Platte kam, knallte C.1 den Ball mit aller Macht zu. Ohne nachzudenken, schoss er von der Platte und begann, die Basen zu umrunden, als ob sein Leben davon abhinge. Er behielt ein Auge auf der Grundlinie und ein anderes auf dem Ball, aber kurz bevor er die 3rd Base erreichte, wurde es interessant und C.1 hörte auf zu rennen, um zuzusehen. Der Ball war tatsächlich in die Luft geflogen, aber C.1 hatte ihn mit so viel Kraft getreten, dass er immer noch fast 40 bis 50 Fuß über dem Boden war, als er das Innenfeld passierte. Einer der Männer im Außenfeld machte einen Sprung nach dem Ball, aber er flog einige Meter über seine Hand und… Gerade als C.1 dachte, dass er einfach auf der Straße landen würde und das wäre das Ende, kam ein anderes Auto schoss aus heiterem Himmel aus dem Nichts und raste auf die Kreuzung zu, wo der Ball und der Fahrer zuvor in diesem Spiel kollidiert waren. C.1s Augen füllten sich mit Entsetzen, und gerade als er sich auf das Schlimmste vorbereitete, geschah etwas sehr Interessantes. Erstens flog der Ball tatsächlich durch das Fahrerfenster, aber anstatt im Auto stecken zu bleiben, wie es der Fall gewesen wäre, wenn der Fahrer nicht alle Fenster des Autos heruntergekurbelt hätte, es flog direkt aus dem anderen Fenster auf der Beifahrerseite. Aber bevor alle ihre Ehrfurcht voreinander zum Ausdruck bringen konnten, geschah etwas anderes Interessantes. Unmittelbar nachdem der Ball aus dem Fenster des Autos geflogen war, fuhr das Auto weiter die Straße entlang, als wäre nichts passiert. C.1 war zuerst verwirrt, entschied dann aber, dass es so schnell gegangen sein musste, dass sich der Fahrer mit Sicherheit an nichts anderes erinnert hätte als an einen grünlichen Fleck vor seinem oder ihrem Gesicht. Aber das wurde ihm bald aus dem Kopf getrieben; Für den nächsten Moment wurden sie alle vom Geräusch eines sich schließenden Garagentors abgelenkt! Sie drehten sich alle um; das Garagentor des Hauses direkt vor dem Auto hatte gerade begonnen, sich zu schließen, und kurz bevor der Ball den Boden erreichte, und kurz bevor das Garagentor vollständig geschlossen war, Der Ball flog unter dem Garagentor hindurch und in die Garage, kurz bevor das Garagentor den Boden berührte! Greggs Hand flog entsetzt zu seinem Mund, ebenso wie einige andere. Offensichtlich war so etwas noch nie zuvor bei einem Kickball-Spiel passiert. Gregg forderte eine Auszeit und bald sprinteten Willis, Gregg, David und C.1 so schnell sie konnten auf das Haus zu, in dem sich der Ball jetzt irgendwo befand. Schließlich überquerten sie schnell die Straße zum Haus hinüber dass der Ball drin war. Ein großer Ahornbaum, gesäumt von einer Eiche, nahm den größten Teil des Vorgartens ein, wobei viele seiner vielen oberen Äste in die Straße ragten, als würden sie ihn vor dem Haus schützen. Sie eilten den Vordergang hoch, der rechts von der Garage war; zwei Stufen auf einmal über die Verandastufen, und Gregg klingelte, bevor die anderen die Tür erreicht hatten. Es dauerte mehrere Klingelzeichen später, bis jemand die Tür öffnete. Als sich die Tür öffnete, kam eine Dame mit braunen Haaren, wahrscheinlich Mitte bis Ende Vierzig, zum Vorschein. Ohne Zeit zu verlieren, begann Gregg schnell zu erklären, was gerade passiert war, und die Dame nickte und sagte von Zeit zu Zeit „Hmm … hmm … OK …“, bis Gregg seine Erklärung beendet hatte. "Also ist es in der Garage, sagst du?" fragte sie schließlich. „Das ist es, Ma'am“, antwortete Gregg freundlich. Die Dame winkte sie ins Haus und sie folgten ihr. Sie gingen nach links, um einen kurzen Flur hinunter in einen schwach beleuchteten Raum zu gehen, bevor die Dame eine Tür zu ihrer Linken aufschloss und sie in die dunkle Garage spähten, deren einziges Licht durch ein Fenster im Dachboden der Garage fiel. Unter einer Schubkarre, gut sichtbar, lag der grüne Kickball, ohne auch nur einen Kratzer darauf. "Danke, Ma'am", antwortete Gregg, als er den Ball holte und sie sich umdrehten, um das Haus zu verlassen. Die Dame winkte zum Abschied, und sie eilten zurück zum Baseballfeld.

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Der obige Auszug mag lang und verwirrend gewesen sein. Ich habe auch diese grobe Skizze gemacht, wie es aussehen könnte:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

In der linken Situation bewegt sich der Ball mit dem Auto, während er im Auto fährt, und fliegt dann aus dem anderen offenen Fenster. In der Situation rechts bewegt sich der Ball nicht mit dem Auto und bewegt sich relativ zum Boden weiter und schafft es nicht aus dem anderen Fenster. In beiden Beispielen berührt der Ball niemals irgendetwas im Auto.

Welches hier dargestellte Beispiel würde also wahrscheinlich eintreten? Ist es möglich, dass es beides sein könnte? Wovon würde es abhängen?

Ich habe in letzter Zeit viel darüber nachgedacht und bin völlig verwirrt. Es gab einige andere Fragen zu Fliegen in Autos auf dieser Seite, aber sie haben diese Frage nicht ganz beantwortet.

Hoffe, diese Frage macht Sinn - Wenn jemand helfen könnte, wäre das großartig! Ich habe online gesucht, aber ich konnte nirgendwo ein Beispiel wie dieses finden, und ich stelle mir vor, dass dies ein einzigartiges Rätsel darstellt,

Wenn die Person, die den Ball wirft, die gleiche Geschwindigkeit wie das Auto hat, wird der Ball durch beide Fenster passieren (ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands). Zeichnen Sie eine Skizze von Geschwindigkeitsvektoren und Sie werden es verstehen.
Wovon würde es abhängen? Es hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Ballgeschwindigkeit, der Breite des Fensters, der Mittagszeit, dem Luftwiderstand usw. ab.
Kürze ist die Seele der Physik :). Im Ernst, um eine bessere Chance auf eine Antwort zu erhalten, könnten Sie Ihren Beitrag um 90 % kürzen und trotzdem Ihren Standpunkt vermitteln. Sonst hören die Leute auf, es 4 Zeilen weiter zu lesen. Viel Glück dabei.
Zu Ihrer Information, Ihre Skizze ist ungenau - sie zeigt deutlich, dass sich der Pfeil auf der rechten Skizze seitwärts bewegt, was meiner Meinung nach nicht beabsichtigt ist.

Antworten (3)

Ich denke, Ihre Frage ist im Wesentlichen ein Duplikat von Ball, der aus einem fahrenden Zug geworfen wird .

Wie QuantumBrick in einem Kommentar sagt:

Wenn die Person, die den Ball wirft, die gleiche Geschwindigkeit wie das Auto hat, wird der Ball durch beide Fenster passieren (ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands).

Wenn also sowohl der Werfer als auch das Auto auf dem Boden stehen oder der Ball von einem 2. Auto geworfen wird, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit neben dem 1. bewegt, dann geht der Ball durch beide Fenster. Das liegt daran, dass alle Geschwindigkeiten relativ sind: Wenn sich alles mit der gleichen Geschwindigkeit entlang des Bodens bewegt, ist dies gleichbedeutend damit, dass alles relativ zum Boden stationär ist.

Wenn andererseits der Werfer steht, aber das Auto fährt, wird der Ball wahrscheinlich das 2. Fenster verfehlen. Der Ball folgt dem gleichen Weg relativ zum Boden, als ob das Auto nicht da wäre. Es wird in ein Fenster fahren, aber bis es das andere Fenster erreicht, wird das Auto vorwärts gefahren sein. Wenn das Auto schnell genug fährt, wird der Ball wahrscheinlich das 2. Fenster verfehlen.

Letzteres würde auch passieren, wenn der Ball seitlich aus einem entgegenfahrenden Auto in ein stehendes Auto geworfen wird. Der Ball bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das fahrende Auto nach vorne und auch seitwärts - er bewegt sich also diagonal zum Boden. Es tritt in ein Fenster des stehenden Autos ein, bewegt sich aber diagonal über das stehende Auto und verfehlt wahrscheinlich das entfernte Fenster.

[Ich habe Ihren Auszug nicht gelesen. Es war zu lang und größtenteils irrelevant.]

Wenn Sie den Auszug nicht gelesen haben, werden Sie nie erfahren, ob Gregg am Ende stirbt. Kannst du nachts schlafen?
@QuantumBrick: OMG! Gregor stirbt??? Von einem Ball getroffen, der durch das offene Fenster seines Autos geworfen wurde? Nein, ich werde jetzt nicht schlafen.
Ich habe vergessen, meinen Kommentar mit Spoiler-Alarm zu beginnen . Verzeihung. Ich hoffe, dass Sie nach einigen Monaten Therapie wieder in Ihr Leben zurückkehren können.

Wichtig ist, dass weder der Ball noch das Auto eine abrupte Geschwindigkeitsänderung erfahren, wenn der Ball in das Auto eintritt und es verlässt. Der Ball kann eine gewisse Beschleunigung erfahren, wenn er auf die Luft im Inneren des Autos trifft, die sich (bis zu einem gewissen Grad: es wird viel kompliziertes Verhalten geben, wenn die Fenster geöffnet sind) mit dem Auto bewegt und daher eine gewisse Kraft auf den Ball ausübt.

Machen wir also das normale Physiker-Ding und ignorieren dies: Nehmen wir an, das Auto und der Ball befinden sich in einem Vakuum (Ihre Geschichte spielt jetzt auf dem Mond).

Und schauen wir von oben auf die Situation und zeichnen x- und y-Achsen. Es gibt eine vertikale (z) Beschleunigung des Balls aufgrund der Schwerkraft, aber das spielt in der xy-Ebene keine Rolle. Und der Bezugsrahmen, den ich wählen werde, ist einer, der an der Oberfläche des Mondes haftet, der für unsere Zwecke in der xy-Ebene träge ist : Newtons erstes Gesetz gilt in x und y (im wirklichen Leben ist er nicht ganz träge wie der Mond rotiert, aber das ignoriere ich).

Lassen Sie uns das Auto mit Geschwindigkeit entlang der x-Achse bewegen ( C , 0 ) und der Ball bewegt sich mit Geschwindigkeit entlang der y-Achse ( 0 , B ) .

Wie groß ist also die Geschwindigkeit des Balls relativ zum Auto? Es ist nur ( C , B ) : aus der Perspektive des Autos bewegt es sich mit der Geschwindigkeit des Autos in x rückwärts und mit der Geschwindigkeit über das Auto B . Und diese Geschwindigkeit bleibt konstant, weil auf den Ball keine Kraft einwirkt und der Bezugsrahmen des Autos ebenfalls träge ist.

Der Ball bewegt sich also diagonal über das Auto: Ob er es auf der anderen Seite des Autos schafft, hängt davon ab, wie groß und wie groß die Fenster sind B Und C Sind.

Insbesondere bewegt sich der Ball nicht irgendwie magisch mit dem Auto.


Im wirklichen Leben gibt es zwei zusätzliche Überlegungen:

  • Schwerkraft – der Ball fällt auch und das bedeutet, dass er auf dem Weg nach draußen zum Beispiel die Autotür treffen könnte;
  • Luftwiderstand -- der Ball erfährt Luftwiderstand, so dass selbst die xy-Komponenten der Geschwindigkeit nicht konstant sind, und wenn er durch das Auto fliegt, kann der Einfluss der Luft auf ihn erheblich sein -- deshalb habe ich ihn zum Mond gebracht

Nur so kann der Ball seine Seitwärtsgeschwindigkeit ändern 0 Zu v C A R (Geschwindigkeit des Autos) ist, wenn etwas daran zieht / drückt.

Dieses Ziehen oder Drücken ist eine (seitliche) Kraft F .

Schauen wir uns die hier möglichen seitlichen Kräfte an:

  1. Der Ball könnte das Auto treffen .
  2. Der Ball könnte etwas treffen, das sich bereits mit dem Auto bewegt (wie ein Passagier).
  3. Der Ball könnte durch etwas Winddruck bewegt werden, durch die Luft, die im/um das Auto herum in Bewegung gesetzt wird.
  4. ...

Mehr fällt mir im Moment nicht ein.

Zunächst einmal gehen wir davon aus, dass nichts getroffen wird, also fallen Punkt 1 und 2 aus. Punkt 3 könnte relevant sein, da die Luftmoleküle, die sich mit dem Auto im Auto mitbewegen, den Ball von der Seite treffen, wenn der Ball ihre Bahn kreuzt. Ich halte sie jedoch für viel zu leicht, um einen nennenswerten Schub zu geben, es sei denn, der Ball trifft sehr nahe auf eine Oberfläche, in diesem Fall hat die Luft weniger Möglichkeiten zu entweichen und der Druck ist daher höher.

Alles in allem - und besonders wenn Luft als vernachlässigbar angesehen wird (was oft der Fall ist) - fliegt der Ball in einer geraden Linie , was bedeutet, dass er durch das erste Fenster hereinfliegt, es aber möglicherweise nicht durch das zweite Fenster schafft (falls er es schafft). hängt natürlich von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Ballgeschwindigkeit ab).