Disiento los que razonáis que con atmósfera la bola de 10Kg llega antes
a causa del rozamiento del aire. El rozamiento aerodinámico depende de la forma del cuerpo, no de su masa y es proporcional al cuadrado de la velocidad y al producto del coeficiente de forma del cuerpo (el famoso coeficiente aerodinámico) con su área proyectada. Este coeficiente aerodinámico formalmente se calcula de forma directa como una integral de superficie donde hay que separar los términos procedentes de fuerzas de resistencia por presión y por viscosidad, pero lo que importa es que es independiente de la masa del cuerpo, para dicha integral sólo nos hace falta saber la geometría de los cuerpos: como ambas bolas son de idéntico volumen y forma, tendrán idéntico coeficiente aerodinámico e idéntica áerea proyectada, así que la misma resistencia aerodinámica.
Lo que hace caer antes a la bola de 10Kg en el caso con atmósfera es el empuje de Arquímedes, que aún siendo idéntico en ambas bolas, influye en sus aceleraciones.
Balance de fuerzas SIN atmósfera: bola 1 de m = 1Kg, bola 2 de M = 10Kg, F = peso, sentido descendente, a1 = aceleración bola 1, a2 = aceleración bola 2
F1 = m·a1
F2 = M·a2
como F1 = m·g y F2 = M·g, entonces
m·g = m·a1 => a1 = g
M·g = M·a2 => a2 = g
Ambas bolas caerán al mismo tiempo, con la misma aceleración que será exactamente g
Balance de fuerzas CON atmósfera: bola 1 de m = 1Kg, bola 2 de M = 10Kg, F = peso, sentido descendente, E = empuje de Arquímedes en sentido ascendente, a1 = aceleración bola 1, a2 = aceleración bola 2, ρ = densidad de la atmósfera, V = volumen de ambas bolas (son iguales)
F1 - E1 = m·a1
F2 - E2 = M·a2
tenemos que F1 = m·g, F2 = M·g, E1 = E2 = ρ·g·V, entonces
m·g - ρ·g·V = m·a1 => a1 = (m·g - ρ·g·V)/m
M·g - ρ·g·V = M·a2 => a2 = (M·g - ρ·g·V)/M
Llamemos ρ·g·V = E, la relación entre a1 y a2 será (sustituyendo):
a1/a2 = (m·g - E)M/(M·g - E)m = (1·g - E)·10/(10·g - E)·1 =
(100-10E)/(100-E)Está claro pues que para E>0, a1<a2, luego la velocidad de 2 irá aumentando más que la de 1 durante la caída. Si justo hacemos empuje de Arquímedes E = 0, tenemos que a1/a2 = 1, es decir que a1 = a2, que es el primer caso que nos plantea aquí el amigo Maximo
Saludos