Necesitamos una cosa más: ¿qué tal la segunda ley de Newton? Esto dice que la aceleración depende de la fuerza neta (Fnet) y la masa (m) de un objeto. Generalmente se escribe como Fnet = m × a, pero podemos reorganizarlo así: a = Fnet/m. Combinando esto con nuestra fuerza gravitacional, obtenemos algo bastante interesante:
Cortesía de Rhett Allain
Como tanto la gravedad como la aceleración dependen de la masa de la pelota, la masa se cancela. Encontramos que cualquier objeto en la Tierra tiene una aceleración hacia abajo de 9,8 metros por segundo por segundo (m/s2). Esto significa que si dejas caer una bola de boliche y una canica al mismo tiempo, golpearán el suelo al mismo tiempo, aunque la fuerza gravitacional sobre la bola de boliche sea miles de veces mayor. Raro, ¿verdad?
De todos modos, ahora, en presencia de la gravedad, si patearas una pelota en un ángulo hacia arriba, su velocidad vertical disminuiría, se detendría y retrocedería, y la velocidad aumentaría a medida que cae. En otras palabras, comienza a acelerar hacia abajo tan pronto como se le da una patada, incluso mientras se mueve hacia arriba.
¿Qué pasa con el movimiento horizontal? Ah, como no hay fuerza horizontal después del golpe inicial, la pelota continúa avanzando a la misma velocidad, como en el espacio. La gente tiende a pensar que una pelota cae porque su movimiento hacia adelante se ralentiza, pero en realidad es todo lo contrario. Sin resistencia del aire no frena en absoluto. Sólo se detiene porque el suelo se interpone en su camino.
Entonces, lo que obtenemos como trayectoria es esa familiar parábola invertida, a menudo llamada trayectoria balística porque es la trayectoria de cualquier proyectil sin propulsión, como una bala de cañón, una bala o una pelota de baloncesto. Cualquier objeto volador para el cual la gravedad sea la única fuerza (significativa) que actúa sobre él se moverá de esta manera.
futbol con aire
Afortunadamente, la Tierra tiene aire. Pero cambia drásticamente el juego. Ahora hay una fuerza continua que actúa horizontalmente, a la que llamamos resistencia del aire o arrastre, y empuja en dirección opuesta al movimiento de la pelota.
Piense en las moléculas de aire como un montón de pequeñas pelotas de ping-pong. A medida que una pelota de fútbol se mueve por el aire, choca con millones de estas pequeñas pelotas de aire, y cada colisión ejerce una fuerza de empuje hacia atrás; Todo combinado, esto crea la fuerza total de resistencia del aire. Cuanto más grande es el objeto, más colisiones tiene que superar.