Hij rijdt vooruit in plaats van achteruit in een accelererende auto om dezelfde reden dat een heliumballon onder invloed van de zwaartekracht omhoog beweegt in plaats van omlaag. Hoe komt dat?

In een accelererende auto kan de acceleratie in alle opzichten worden beschouwd als een verandering in de hoeveelheid en richting van de zwaartekracht, van recht naar beneden wijzen naar naar beneden en naar achteren. De ballon weet niet of de versnelling door de zwaartekracht komt of door de versnelling van de auto; het probeert gewoon te bewegen in de richting waarin het van nature beweegt, namelijk tegen de richting van de versnelling in. Zo is het naar voren beweegt wanneer u te versnellen. Hopelijk vind je deze uitleg intuïtief bevredigend.

Een andere, meer rigoureuze manier om het probleem te bekijken, is door middel van Lagrangiaanse minimalisatie. De ballon kan worden beschouwd als een object met een lage dichtheid dat is ingebed in een vloeistof met een hogere dichtheid die is opgesloten binnen de grenzen van de auto. Onder invloed van de zijwaarts wijzende zwaartekracht neemt de totale potentiële energie van het systeem af naarmate de ballon verder naar voren staat. Aangezien de kracht de gradiënt van het potentieel is, zal de ballon proberen vooruit te bewegen.

Wanneer uw auto vooruit accelereert, beweegt de lucht binnenin terug ten opzichte van de auto. Dit creëert een enigszins hoge druk in de achterkant van het voertuig en een lage druk vooraan.

Omdat helium lichter is dan lucht, beweegt het weg van het gebied met hoge druk. Een soortgelijke ballon gevuld met $ CO_2 $ zou achteruit bewegen, omdat hij zwaarder is dan de omringende lucht

Leuke vraag. Hier is mijn 'ik-ook'-antwoord.

Stel dat de auto net uit een rivier is gekomen, dus er zit veel water in en de ballon is aan de vloer vastgebonden.

Dan rijd je weg.

De lucht in de auto is net als een hoop water :)

Het werkt precies als water in een kopje. Of, meer specifiek, zoals de lucht in de beker. Omdat helium een ​​veel lagere dichtheid heeft dan de stikstof en andere gassen in uw auto, kan het worden gevisualiseerd als een luchtbel in een fles. De houder voor het helium (de ballon) heeft een verwaarloosbare massa.

Als je vooruit accelereert, beweegt het water in een fles naar achteren, precies zoals je zou verwachten. De luchtbel lijkt naar voren te bewegen om die leegte te vullen die door het water is achtergelaten, net als de heliumballon.

Er kunnen ook extra krachten in het spel komen. Er is wrijving van het rubber op het plafond. Ook wanneer u accelereert, beweegt het zwaartepunt van uw auto naar achteren op de wielbasis. De neus van je auto gaat omhoog en de staart van je auto zinkt. Als je stopt, gebeurt het tegenovergestelde, en als je linksaf slaat, helt je auto naar rechts, zoals je kunt voelen. Hierdoor kan het plafond kantelen waardoor de ballon kan bewegen als reactie op het gekantelde plafond. Dit kan ook een effect hebben.

Ik ben niet goed in het uitleggen van dingen, maar hier gaat het

probeer het op deze manier te begrijpen

neem aan dat de rechthoek jouw auto is, nu is het gestippelde gebied gevuld met normale lucht en er zit een heliumballon tussen

Dus als je accelereert, probeert alles in de auto achteruit te gaan ten opzichte van de auto, zelfs de heliumballon, dus waarom gaat de ballon dan vooruit,

Zoals je wellicht weet is helium minder dicht dan de lucht en dus lichter dan de lucht, dus als je versnelt, begint de lucht achteruit te bewegen, maar naarmate het helium lichter is, wordt het naar voren geduwd door de lucht die zich hetzelfde fenomeen terugkomen wanneer je een emmer vult en een bal die op de bodem wordt gehouden, begint te stijgen omdat hij minder dicht is dan water.

De eenvoudigste manier om over de heliumballon in de accelererende auto na te denken, is door een beroep te doen op Einsteins gelijkwaardigheidsprincipe: een constante versnelling is in alle opzichten hetzelfde als een zwaartekracht. Om het zo eenvoudig mogelijk te maken, negeren we de werkelijke zwaartekracht (dwz wat de auto naar de aarde trekt) en denken we alleen maar aan de voorwaartse versnelling van de auto. Volgens het gelijkwaardigheidsprincipe, het effect van deze versnelling is precies hetzelfde als een zwaartekracht die naar de achterkant van de auto wijst. Maar iedereen weet wat een heliumballon, ondergedompeld in lucht, doet in aanwezigheid van zwaartekracht: hij stijgt, dwz hij beweegt in de richting tegengesteld aan de zwaartekracht.

Dus wanneer de auto accelereert, beweegt de ballon vooruit. Overigens legt het Principe ook uit waarom, wanneer de auto accelereert, een passagier naar achteren wordt gerukt: omdat de passagier, in tegenstelling tot de ballon, naar beneden valt, in dezelfde richting als de zwaartekracht.

Bij het beantwoorden van deze vraag , Ik neem aan dat je accepteert dat een heliumballon opstijgt in aanwezigheid van de zwaartekracht van de aarde. Omdat helium een ​​kleinere dichtheid heeft dan lucht, zal de opwaartse kracht van de lucht het tegen de zwaartekracht in naar de lucht duwen

Wanneer u zich in een versnellend referentiekader bevindt, wordt de versnelling gezien als zwaartekracht. Zo sta je in een versnellende trein schuin in de bewegingsrichting. Het voelt alsof je op een helling staat, en de facto ben je dat ook.

De met helium gevulde bal beweegt gewoon tegen de richting in van wat lijkt op de zwaartekracht: hetzelfde ding dat het doet als je niet in een versnellend frame zit. Het doet dat om dezelfde reden: drijfvermogen omdat het lichter is dan lucht.

Wanneer je de ballon loslaat in een versnellende trein, zal deze niet direct naar voren bewegen, maar in een hoek: vooruit en omhoog . Dat is dezelfde hoek waarin je staat, als je zonder ondersteuning balanceert. Als je terwijl je in deze positie staat een ballon aan een touwtje vasthoudt, zal het touwtje in dezelfde richting wijzen, parallel aan je lichaam, en als je de ballon loslaat, zal het in die richting bewegen. Dat is de richting die overeenkomt met "omhoog", schuin vanwege de vectorcombinatie van de zwaartekracht (die loodrecht op de vloer naar beneden inwerkt) en de fictieve kracht die je door versnelling naar achteren lijkt te trekken.

Dus, samengevat:

1. Een ballon stijgt "omhoog" vanwege het drijfvermogen.
2. Wat bepaalt welke weg omhoog "omhoog" is, is een vectorcombinatie van zwaartekracht en de fictieve kracht veroorzaakt door versnelling, die de zwaartekracht nabootst.

Ik vroeg me dit zelf af ...

Toen raakte het me, de analogie in mijn hoofd van een bal die over een oppervlak rolt was verkeerd ... de ballon is niet iets dat in het niets zweeft, het is is een lichaam dat minder zwaar is dan de lucht die het verplaatst.

Dus als je breekt, probeert alles naar voren te bewegen, maar de lucht wint omdat het meer traagheid heeft en de ballon wordt naar achteren gedwongen.

het is in wezen hetzelfde als wat gebeurt normaal gesproken met een ballon, alleen met de vectoren op hun kant gedraaid ... normaal gesproken worden alle lucht en ballonnen en helium naar de aarde getrokken, maar omdat de lucht dichter is, wordt deze meer getrokken ... en verplaatst de ballon met de helium.