Wird ein Ball, der direkt in einen Zug geworfen wird, an derselben Stelle landen (in der realen Welt)?

Ja, der Ball würde genau an der gleichen Stelle landen, egal ob Roboter oder Mensch. Die Luft erinnert sich nicht an die ursprüngliche Geschwindigkeit, und neu einströmende Luft behält ihre Geschwindigkeit nicht bei, sondern beruhigt sich mit der mitströmenden Luft. Die Geschwindigkeit, die es hat, wird durch den Ventilator bestimmt, der es hineinbläst, nicht durch die Geschwindigkeit des Zuges.

Der Grund ist, dass der Zug die Luft genauso drückt wie alles andere. Die Luft überträgt den Schub durch eine Druckkraft, und beim Anfahren und Anhalten gibt es auch bei enormer Beschleunigung keinen nennenswerten Luftstrom im Auto. Nichts unterscheidet sich von einem stehenden Zug, außer beim Beschleunigen. Die Wirkung der Beschleunigung erzeugt einen kleinen Druckgradienten in der Luft und einen Dichtegradienten, aber diese sind unbedeutend, weil die Beschleunigung langsam ist.

Dies ist für viele Menschen kontraintuitiv, aber in der realen Welt ist es absolut 100% wahr. Aristoteles verwechselte auch Dinge mit Luft, obwohl Aristothenes, Archimedes und andere antike Wissenschaftler an eine Art Trägheitsprinzip glaubten

Nein, der Ball landet auch ohne Luft nicht genau an der gleichen Stelle. In der realen Welt sind die Auswirkungen im Zug jedoch wahrscheinlich zu gering, um sie ohne einen sorgfältigen Versuchsaufbau zu beobachten.

Die Antwort von dmckee beschreibt die Physik in einem Trägheitsreferenzrahmen. Da sich die Erde jedoch dreht, erfährt die Kugel eine geschwindigkeitsabhängige Coriolis-Kraft . Diese Kraft kommt von der Bewegung des Balls und der Erdrotation, so dass ihre Größe in der Größenordnung von liegt$mv/T$, mit$v$die Ballgeschwindigkeit,$m$seine Masse und$T$die Zeit, die die Erde braucht, um sich zu drehen - einen Tag. Die genaue Größe hängt vom Winkel zwischen der Geschwindigkeit des Zuges und der Erdachse ab. Die Kraft steht senkrecht zur Geschwindigkeit des Balls.

Wenn diese Kraft den Ball von seiner Flugbahn zur Seite schiebt, sollte die Distanz, die er verlässt, in der Größenordnung von liegen$at^2$mit$a$die Beschleunigung u$t$die Zeit ist es in der Luft. Wenn es etwa eine Sekunde in der Luft ist, ist die Ablenkung gering, weil eine Sekunde klein ist im Vergleich zu einem Tag. Sie werden etwas herumbekommen$10^{-5}v\textrm{s}$, also auch wenn der Zug fährt$100 m/s$Sie erhalten immer noch nur Millimeter Durchbiegung.

Wenn der Zug mit konstanter Geschwindigkeit fährt, sollten sich alle Schwingungen, die vor einiger Zeit durch Beschleunigung hervorgerufen wurden, ausgleichen, und die Luft sollte wie normale ruhende Luft sein (außer wieder Coriolis-Kräfte in der Luft). Wie Ron Maimon erwähnte, geschieht dies ziemlich schnell. Wie schnell? Versuchen Sie, unter der Dusche zu singen. Wenn du eine gute Resonanz erreichst, höre plötzlich auf zu singen und beobachte, wie lange die Note nachklingt. Vielleicht eine Zehntelsekunde. Physikalisch ist das ungefähr derselbe Mechanismus, sodass die durch die Beschleunigung des Zuges erzeugten Luftschwingungen in einer ähnlichen Zeitskala abklingen, plus oder minus einer Größenordnung, um sich an die Größe des Autos und die Randbedingungen anzupassen an der Wände.

Wie wäre es mit Massenbewegung der Luft? Versuchen Sie, einen Ventilator einzuschalten und ihn dann plötzlich mit einem Stock zu stoppen? Wie lange spürst du noch Wind? Vielleicht etwas länger, diesmal in der Größenordnung von Sekunden, aber die Erfahrung lehrt uns trotzdem, dass dies auch schnell abklingt. Ich denke, Rons Punkt in den Kommentaren, dass es im Wesentlichen keine Schwingungen oder Ströme gibt, die durch die Beschleunigung des Zuges entstehen, ist richtig. Die Zeitskala, auf der sich die Luft ins Gleichgewicht bringt, ist schnell im Vergleich zu der Zeit, in der der Zug beschleunigt, sodass die Luft im Wesentlichen immer im Gleichgewicht ist.

Ich werde zwei Situationen besprechen:

• Der Experimentator steht auf einem „X“ im geschlossenen Triebwagen, der mit Geschwindigkeit dahinrollt$v$, und wirft, gerade als sie an einem auf den Boden gemalten "Y" vor dem Zug vorbeikommt. In diesem Fall wirft sie den Ball „gerade nach oben“ in ihren eigenen Rahmen.

  Sie sagt voraus, dass der Ball auf dem „X“ landet, und wird nicht enttäuscht.

  Ein Fußgänger, der vom Rand aus zuschaut, sagt ebenfalls voraus, dass der Ball auf dem „X“ landet, aber in seinem Bezugsrahmen wird dies eine gewisse Entfernung sein$v\Delta t$entlang der Schienen (also nicht auf dem "Y"), wenn es das tut.

• Der Experimentator wirft den Ball vorsichtig ( sehr vorsichtig) so, dass der Fußgänger sieht, dass er "gerade nach oben" geht. Dies erfordert, dass sie es nach hinten in den Zug wirft.

  Es überrascht nicht, dass sie voraussagt, dass es nicht auf dem "X" landen wird, sondern ein Stück zurück entlang des Zuges$v \Delta t$.

  Der Beobachter sagt richtig voraus, dass der Ball neben dem "Y" landen wird, was er auch tut.

In beiden Fällen machen die sehr bescheidenen Luftströmungen im Auto keinen nennenswerten Unterschied.

Für den Fall, dass der Triebwagen in der Luft steht, müssten wir eine ziemlich komplizierte Berechnung des Windwiderstands durchführen, aber es ist immer noch wahr, dass beide Beobachter die gleichen Vorhersagen treffen werden.

Auch ohne Berücksichtigung von Luftproblemen denke ich, dass der Ball in einem Szenario der „realen Welt“ aufgrund geringfügiger Beschleunigungen während der Fahrt nie an genau derselben Stelle fallen wird.

Wenn sich ein Auto / Zug bewegt, bewegt es sich meiner Meinung nach nie mit einer völlig konstanten Geschwindigkeit (obwohl ich es nicht erklären kann, habe ich das Gefühl, dass es physikalisch unmöglich ist). Es wird immer irgendeine Art von geringfügigen Beschleunigungen geben.

Ich denke, dieser Thread wurde gespammt und ist nach oben geschwebt, aber er erinnerte mich an eine ähnliche Demonstration über Geschwindigkeitsrahmen. Sehen Sie sich dieses Video an, in dem ein Ball aus einem fahrenden Fahrzeug abgefeuert wird, aber wenn die Bedingungen genau richtig sind, fällt er direkt nach unten. Der Ball fällt direkt nach unten, wenn er aus der Kanone abgefeuert wird