Antes de hablar de camiones, hablemos de tiovivos. Seguro que alguna vez te has montado en uno y has sentido la "fuerza" implacable que intenta tirarte del borde. En tu curso introductorio de física te dirán largo y tendido que no existe tal fuerza y que la verdadera fuerza es la que ejerces tú colgado y que apunta hacia dentro.
Y tienen razón la experiencia de la pseudo-fuerza centrífuga es un artefacto de tratar de hacer física en un marco no inercial., pero ...
... con el esfuerzo matemático adecuado usted puede hacer física en un marco no inercial y el esfuerzo produce el conjunto de pseudofuerzas que tienes que introducir. 1
En el caso del camión la pseudofuerza que se busca es $-m\mathbf{\ddot{R}}$ (utilizando la notación de Marion y Thornton). La interpertación de esto es que desde el punto de vista del camión cada objeto en él está sujeto a una "fuerza" que tiene una magnitud igual a su masa por la aceleración del camión (medida desde un marco inercial como, por ejemplo, el suelo) pero apuntando en la dirección opuesta a la aceleración.
Así que cuando empiezas a moverte desde una parada la aceleración real apunta hacia delante, por lo que las pseudofuerzas apuntan hacia atrás. Cuando te detienes, el vector de aceleración real apunta hacia atrás, por lo que eres "arrojado contra el cinturón de seguridad".
Ahora bien, lo interesante de estas pseudofuerzas es que, al igual que la gravedad, son proporcionales a la masa del objeto sobre el que actúan y, por tanto, crean la misma aceleración en todos los sujetos libres. De hecho, podemos tratarlas como una gravedad adicional. 2
DE ACUERDO. Ahora hablemos del agua.
Al arrancar, el agua está sometida a una pseudogravedad que apunta hacia atrás. Intentaré que fluya hacia atrás. 3 Al parar, el agua experimenta una pseudogravedad que apunta hacia delante e intenta amontonarse detrás de la cabina.
El camión está muy sobrecargado, pero digamos que por el bien de los argumentos digamos que se puede detener en dos décimas de un $g$ . 5
El agua intenta acumularse en la parte delantera y la cubierta se lo impide. El agua desarrolla una presión igual que el agua de un estanque. Suponiendo una cama de 8 pies la presión es de aproximadamente 1/8 de una atmósfera justo al lado de la cabina desvaneciéndose a cero en la parte posterior. Digamos 1/14 atm promediado sobre la mitad delantera de la cama. 4 La cama también tiene al menos 1,2 m de ancho. Así que 16 pies cuadrados a 1 psi. Hmmm ... 144 sq.in/sq.ft ... la fuerza sobre la cubierta es superior a una tonelada.
La cubierta se sale y el agua se derrama por la cabina.
1 No enseñamos los marcos no inerciales en el curso de introducción porque las matemáticas son un engorro y pueden ocultar algunos principios muy importantes que queremos que los estudiantes comprendan.
2 De hecho, en la relatividad general la gravedad que se experimenta en el día a día es una pseudofuerza de inercia.
3 En realidad (es decir, visto desde un marco inercial) es sobre todo quedarse quieto mientras que el portón trasero arado a través de él, levantándolo y dejándolo atrás, pero recuerda que ahora estamos tratando de hacer física en el marco del camión.
4 Una elección ligeramente conservadora y hace una fácil 1 libra por pulgada cuadrada, que es la razón por la que elegí esa cifra en particular.
5 Para una típica camioneta de 3/4 de tonelada se ha sobrecargado por un factor de entre 3 y 4, por lo que esto podría ser incluso razonable.
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Sólo en América.
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Si el contenedor no está completamente lleno, se puede provocar el chapoteo y, en particular, la rotura de las olas. Estos eventos de rotura pueden provocar aceleraciones locales muy grandes, que podrían ser muy problemáticas para la integridad del contenedor. Hay que tener en cuenta que un lecho cubierto o no cubierto no es realmente importante (presión constante, la fuerza de restauración es la gravedad), sino que el parámetro importante es la altura a la que puede deformarse la superficie libre.
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Un cubo rectangular completamente cerrado lleno de agua (6297 libras en el ejemplo de nuestra camioneta) en movimiento cuando se detiene abruptamente tendría una presión significativamente mayor en la parte delantera del agua que en la parte trasera durante el proceso de desaceleración.
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Bueno, estoy de acuerdo en que tener agua chapoteando en la cama de la camioneta podría ser un gran problema con el manejo y el frenado de la camioneta. También estoy de acuerdo en que, en principio, una posible solución a eso es poner toda el agua en un recipiente que no tenga bolsas de aire porque eso detendría cualquier gran movimiento de masa del agua. Y estoy de acuerdo en que podría haber grandes tensiones locales ejercidas sobre el recipiente porque el agua querría moverse. Llevar la solución más allá de eso requiere los servicios de un ingeniero mecánico que haga un análisis detallado de las tensiones implicadas.
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@NickP La simple presión estática que desarrolla el agua al detenerse arrancará cualquier cubierta razonable. Véase más abajo. Ciertamente la dinámica lo empeoraría, pero simplemente no es necesaria.
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Aquí tienes un experimento muy sencillo que puedes hacer para resolver este problema. Coge un recipiente pequeño (por ejemplo, una botella de cerveza con cierre) y llénalo hasta el borde con el líquido que prefieras. Intenta sacar todo el aire posible del recipiente y ciérralo. Ahora agita el recipiente. La "sensación" no debería ser diferente a la de agitar un sólido de la misma masa. El agua es incompresible, por lo que, a menos que se deforme (es decir, se mueva dentro del recipiente), se comportará como un sólido.