¿Por qué un globo lleno de helio avanza en un coche cuando éste acelera?

Question

Me di cuenta de que cuando tenía un globo de látex lleno de helio dentro de mi coche, se movía hacia delante en la cabina cuando aceleraba hacia delante. Cuanto más rápido aceleraba hacia delante, más rápido iba el globo desde la parte trasera del coche hasta la parte delantera. El globo no tenía cuerda. Esto se convirtió en un juego con mi hijo de 4 años mientras conducíamos a casa. Calculamos a dónde iría el globo en función de la velocidad a la que aceleraba, giraba en las curvas, etc. Esperaba que se comportara como lo hace el agua en un vaso, pero parecía todo lo contrario. ¿Qué fuerzas han provocado este comportamiento? Supuse que tenía algo que ver con la dinámica de los fluidos en la cabina cerrada, pero no consigo entenderlo.

Answer 1

Se desplaza hacia delante en lugar de hacia atrás en un coche acelerado por la misma razón que un globo de helio se desplaza hacia arriba en lugar de hacia abajo bajo la influencia de la gravedad. ¿Por qué?

En un coche que se acelera, a todos los efectos la aceleración puede considerarse un cambio en la cantidad y dirección de la gravedad, que pasa de apuntar hacia abajo a apuntar hacia abajo y hacia atrás. El globo no sabe, ni le importa, si la aceleración proviene de la gravedad o de la aceleración del coche; simplemente intenta moverse en la dirección en la que se mueve naturalmente, es decir, en contra de la dirección de la aceleración. Por lo tanto, se mueve hacia delante cuando acelera. Espero que esta explicación te resulte intuitivamente satisfactoria.

Otra forma más rigurosa de ver el problema es a través de la minimización lagrangiana. El globo puede considerarse un objeto de baja densidad incrustado en un fluido de mayor densidad restringido dentro de los confines del coche. Bajo la influencia de la gravedad que apunta hacia los lados, la energía potencial total del sistema disminuye cuanto más adelante se sitúa el globo. Como la fuerza es el gradiente del potencial, el globo intentará avanzar.

Answer 2

Cuando tu coche acelera hacia delante, el aire del interior se desplaza hacia atrás con respecto al coche. Esto crea una presión ligeramente alta en la parte trasera del vehículo y una presión baja en la parte delantera.

Como el helio es más ligero que el aire, se aleja de la región de alta presión. Un globo similar lleno de $CO_2$ se movería hacia atrás, ya que es más pesado que el aire circundante

Answer 3

Pregunta divertida. Esta es mi respuesta "yo también".

Supongamos que el coche acaba de salir de un río, por lo que hay mucha agua dentro, y el globo está atado al suelo.

Luego te vas en coche.

El aire del coche es como un montón de agua :)

Answer 4

Actúa precisamente como el agua en una taza. O, más concretamente, como el aire en la taza. Dado que el helio tiene una densidad mucho menor que el nitrógeno y otros gases del coche, puede visualizarse como una burbuja de aire en una botella. El contenedor del helio (el globo) tiene una masa insignificante.

Cuando aceleras hacia delante, el agua de la botella se moverá hacia atrás, como era de esperar. La burbuja de aire parecerá moverse hacia adelante para llenar ese vacío que deja el agua, igual que el globo de helio.

También pueden entrar en juego otras fuerzas. Hay fricción por el caucho en el techo. Además, cuando aceleras, el centro de gravedad de tu coche se desplaza hacia atrás en la distancia entre ejes. El morro de tu coche se levanta, y la cola de tu coche se hunde. Cuando paras, ocurre lo contrario, y cuando giras a la izquierda, tu coche se inclina hacia la derecha, como puedes sentir. Esto puede inclinar el techo permitiendo que el globo se mueva en respuesta al techo inclinado. Esto también podría tener un efecto.

Answer 5

No se me da bien explicar las cosas pero ahí va

intente entenderlo de esta manera

suponga que el rectángulo es su coche, ahora el área punteada está llena de aire normal y hay un globo de helio en medio

Así que cuando se acelera todo en el coche intenta moverse hacia atrás con respecto al coche, incluso el globo de helio, así que entonces por qué el globo va hacia adelante,

Como sabrás, el helio es menos denso que el aire, por lo que es más ligero que éste, así que cuando aceleras el aire empieza a retroceder, pero como el helio es más ligero es empujado hacia delante por el aire que se acumula en su parte trasera, el mismo fenómeno que se produce cuando llenas un cubo y una bola que se mantiene en el fondo empieza a subir porque es menos densa que el agua.