Supongamos que estoy dentro de un tren en movimiento. Tengo una moneda en la mano y estoy parado. Si lanzo esta moneda hacia arriba, caerá de nuevo en mi mano.
Ahora, supongamos que estoy en el techo de ese tren en movimiento. Si lanzo la moneda hacia arriba, no caerá en mi mano, sino que caerá en el lugar donde estaba el tren cuando lo lancé.
¿Por qué hay una diferencia?
En una situación ideal (sin resistencia del aire) habrá absolutamente ninguna diferencia ¡en el lugar donde cae la moneda! Tanto si lanzas la moneda desde el interior del tren como si lo haces desde el techo, la moneda volverá a caer en tu mano (siempre que lo hayas tirado perfectamente en vertical).
Sin embargo, en la práctica, al estar de pie en el techo de un tren bastante rápido, hay mucho viento porque te mueves a gran velocidad. En el momento en que lanzas la moneda, la fuerza del viento actúa sobre ella, y crea una aceleración en el sentido contrario, haciendo que vaya más despacio que el tren (y tú).
Sin embargo, no aterrizará en exactamente en el mismo lugar ¡desde donde la arrojaste cada vez! Esto depende exclusivamente de la fuerza retardadora que actúa sobre la moneda, en este caso, el viento.
+1 por la respuesta clara, pero ¿no sería más exacto hablar de resistencia en lugar de "fuerza del viento"?
@Michiel Ahora que lo pienso, ciertamente lo haría. Pero hay otra cosa que no estaría contemplada en el "arrastre". Si el tren se moviera lentamente (lo que no causaría mucha fuerza de arrastre), y hubiera una alta viento soplando en dirección contraria, ¿no le afectaría también? :)
Creo que tienes razón en eso. Aunque yo lo seguiría clasificando como arrastre. En general, usted tendrá una escala de arrastre con $(\mathbf{v}_{train}-\mathbf{v}_{air})^2$ lo que explicaría tanto el tren en movimiento como el hecho de que podría haber un viento fuerte soplando en alguna dirección
Sospecho que tu confusión se debe a que mantienes dos nociones contradictorias en tu cabeza, algo así como
" El movimiento es relativo Así que la física funciona exactamente igual dentro de un vagón de tren en movimiento que dentro de uno parado".
y:
"Las direcciones son absolutas, así que si lanzo la moneda directamente hacia arriba desde el techo del tren, va en la misma dirección tanto si el tren se mueve como si no. En cualquier caso, arriba es arriba".
El error, en este caso, está en la segunda noción. Claro, las direcciones son absoluta, en el sentido de que (al menos en velocidades no relativistas ) tú y tu amigo, que estáis en el suelo fuera del tren, podéis apuntar con el dedo hacia arriba y coincidir en que los dos apuntáis en la misma dirección.
Sin embargo, este no lo hace significa que la moneda cae en el mismo lugar independientemente de que la lances tú o tu amigo inmóvil, porque cualquier velocidad adicional $\Delta v$ que impartes a la moneda cuando la lanzas consigue Añadido: a su propia velocidad $v_0$ :
( Dibujo original del tren por el usuario de Wikimedia Commons Emoscopios , utilizado en el marco de la CC-By-SA 2.5 licencia. Dibujo animado de MS Paint realizado por mí, liberado al dominio público por CC-Cero .)
Así, aunque usted piensa que está lanzando la moneda hacia arriba con respecto a su propio marco de referencia (ya que $v_0 = 0$ en tu propio marco - no te estás moviendo con respecto a ti mismo), tu amigo que está al lado de los raíles ve cómo la moneda sale de tu mano con una considerable velocidad hacia delante en su marco de referencia.
En particular, si el tren se moviera en el vacío (tal vez sea un tren lunar ?), una moneda lanzada hacia arriba sería aterrizaría a tus pies, independientemente de que estuvieras dentro del tren o de pie en el techo (con un traje espacial, presumiblemente). Pero en el momento en que cayera, tus pies (desde la perspectiva de alguien que estuviera de pie en el suelo) estarían muy lejos de donde estaban cuando lanzaste la moneda.
Por supuesto, en la Tierra, las cosas se complican aún más por resistencia al aire . Suponiendo que el tren se mueve más rápido que el viento con respecto al suelo, el viento aparente en el techo del tren tenderá a empujar la moneda hacia atrás (y posiblemente un poco hacia un lado), haciendo que caiga realmente en algún lugar detrás de ti (pero probablemente todavía por delante del punto del suelo al que la lanzaste).
En general, no caerá en el lugar justo encima de donde lo dejaste en el caso del techo del tren, pero su movimiento será diferente.
La situación es diferente, ya que generalmente existen otras fuerzas sobre la moneda: el aire se mueve con respecto a la moneda no sólo en sentido vertical, sino también en la dirección del movimiento del tren. En otras palabras, cuando está en el techo, el viento sopla sobre la moneda.
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