На площадке есть хорошая традиция - развлекать общественность мозголомками по пятницам.
Есть такая (классическая в дурном смысле) задача про вагон и канареек. Вот мы ее и вспомним, но учтем, что дело происходит в наши дни.
Итак, железнодорожные весы, судя по всему весьма чувствительные, на них стоит вагон, полный клеток с канарейками. Принято считать этот вагон более-менее герметичным, пусть так и будет. На одной из стен вагона висит здоровенная HD жк панель , где канарейкам показывают хорошенького самца и они все до одной внимательно на него смотрят. Вдруг они, все как одна, взлетают, и, не отрывая взгляда от симпатичного самца, продолжают удерживаться в воздухе.
Вопрос. Изменятся ли показания железнодорожных весов, когда взлетят птицы?
Уточнение по обсуждению. Коллеги указали, что весы покажут импульс от первоначального толчка птицами от жердочек. Вопрос в том, покажут ли весы прежнее значение после того, как птицы окажутся в воздухе или какое-то другое?
Комментарии
По вашей логике все боинги надо делать дырявыми, чтобы не таскать в себе лишний атмосферный воздух, пусть его вес сама атмосфера тащит. Представьте себе предельный вариант. Канистра объемом 10 тыщщ кубокилометров. Герметичная. Вы подходите и делаете в ней иголкой дырочку. Вес мгновенно изменится на десятки тысяч тонн? Глупости.
Для герметичного - архимеда не забывайте. А канарейки - фактически греют воздух = создают избыточное давление и разряжение при выравнивании давления.
Дело в размере и расположение дырочек. Чем свободнее обмен воздухом между вагоном и атмосферой, тем меньше будет сила воздействия движущегося воздуха на вагон.
Представьте, что птички свободно порхают в вагоне, где нет пола и потолка (и клеток тоже нет). Это практически ничем не отличается от того, как если бы они порхали вообще за пределами вагона ("практически" - потому что остается сила трения нисходящего потока воздуха о стенки вагона).
Кстати.
При разработке ракеты Н1 было рацпредложение откачать воздух из всяких ненужных полостей. Таким образом предполагалось снизить весь на 300кг :-)
Не скажите, только на первый взгляд. На самом деле есть нюансы
А если допустить, что каждая канарейка привязана к жёрдочке... усложнит это задачу?
не, это ничего не поменяет, чем сильнее она будет тянуть в полёте верёвку, тем сильнее будет давить в пол её воздушная струя
И тем легче будет становиться клетка.
Собственно говоря, молекулы газов, которые воздух составляют - тоже в непрерывном движении, нет? Канарейки отличаются от них лишь размером. Так что, никакого уменьшения весы не покажут.
условие задачи читали невнимательно.
А без разницы. Берём герметический сосуд(крепкий ;)), наливаем водички, закрываем, взвешиваем. Нагреваем, дабы всю воду в пар превратить, взвешиваем. Вес изменится?
вот я и говорю: условие плохо читали. Ну да ладно, спасибо за версию.
Где? Вещество в герметическом сосуде изменило своё агрегатное состояние. Вопрос - изменилась ли при этом масса сосуда с веществом? Лавуазье с Ломоносовым ответили на вопрос в 18-м веке.
А вот тут вы привели как раз пример когда - да, изменится. Берем воздушный шарик, ложим внутрь него 100 грамм замороженного до твердого состояния O2, даем нагрется до атмосферной температуры, смотрим на результат.
Сосуд - крепкий, т.е. неизменного объёма. Или - всё, что Вы сказали, проделываем в вакуумной камере.
В такой постановке - согласен, но изначальное условие задачи несколько иное.
Если переформулировать под ваш пример:
Изначально на полу вагона лежало 5 тонн замороженных канареек в вакууме. Потом их испепелили до состояния газа. Изменился ли при этом вес вагона?
По-моему изменился.
А Ломоносов говорит, что нет, не изменится ;) Нет, конечно, если вагон будет с гибкими стенками и не в вакууме, то за счёт изменения объёма Архимедова сила, воздействующая на него, изменится - и весы покажут уменьшение веса. Но при фиксированном объёме изменение агрегатного состояния вещества не приведёт к изменению его массы - а стало быть, и плотности.
Остаётся лишь спросить - вагон с птичками достаточно жёсткий? Если да - то весы не изменять свои показания, если нет - у птичек есть шансы, устроив внутри ураган, чуточку вагон приподнять.
Угу, согласен. Но объем то как раз изменился. Раньше лажало 5м3 замороженных канареек, а теперь 138м3 дыма ))
Ага. Если вагон раздулся, то его архимедова сила выросла и он полегчал.
В том и вопрос - жёсткий ли вагон?
"А Ломоносов говорит, что нет, не изменится"
Зачем приписывать Ломоносову свою плохую учебу в школе? :)
Укажите на ошибку в моих рассуждениях - если Вас не затруднит, разумеется.
Если канареек поменять на воздушные шарики с гелием у которых обрезают нитку (первоначально они были привязаны к ветке) и они достигают потолка и упираются в него - через небольшое время .. Тот же результат, но знак просто поменяется .. Так будет понятнее .. И никакого экрана не требуется :-) .. Дешевле эксперимент ..
интересно как вы "упростили" :)
Есть еще один вариант упрощения :-) Кроме канареек в вагоне имеются еще молекулы воздуха, у которых нет крыльев, но они летают внутри вагона. Можно сказать, что это супермикроканарейки :-) ... Нам абсолюно безразлично - где находятся молекулы воздуха на ветке, или где-то еще. Вес вагона от этого не зависит. Так почему нам должно быть интересно - где находятся канарейки и чем они заняты ? Ведь система ЗАМКНУТА ! ..
потому что бетонная плита, подвешенная над вами и лежащая на вас, оказывают несколько разное на вас воздействие. Хотя вроде как вы с плитой и краном - замкнутая система :)
Для плиты на которой лежит бедолага и стоит кран - суммарно безразлично. От перестановки мест слагаемых... А замкнутой система будет только если и то и другое стоит на одной плите.
Можно представить себе вместо вагона колбу запаянную (большую) с канарейками ? Да. Но это же классический опыт по подтверждению закона сохранения масс. Теперь канарейки могут летать, пить, есть, гадить, смотреть ТВ (хоть порно) .. Масса и вес сосуда с его содержимым не изменятся.
Все птички на ветке, а Филя в клетке ..
Всё-таки надо б осовременить задачу под 21 век: сексуально озабоченные птички - не тот коленкор для столь военно-технически образованной и политизированной публики.
Предлагаю модернизированный вариант:
Баблоозабоченные наркоторговцы-контрабандисты отправляют тонну кокаина через границу в пустой цистерне для перевозки ядовитых веществ (герметичной, естественно). Для этого они закупают мощный китайский БПЛА вертолётного типа и привязывают к нему нелегальный груз. При прохождении на погранконтроле традиционного взвешивания, БПЛА запускает свои мощные моторы, взлетает и парит в центре цистерны, аки нарик под дозой.
Какой вес зафиксируют погранцы? Только вес тары? Или и вес парящего под-над кокаином БПЛА?
PS И, таки, да, ответ про канареек: Стрелка осцилографа будет подрагивать около первоначального значения. Амплитуда подрагивания зависит умения птичек "махать в ногу" и их стиля "парения" (длительности цикла "падение - взлёт"): чем больше "штатских" и короче цикл, тем лучше сглаживание.
Ну, если уж совсем скрупулёзиться, то в случае открытой платформы нужно бы учитывать "распыление" нагрузки - воздушные струи от птичьих взмахов частично попадут на "вне платформы" и поднимут пыль на полустанке. То бишь, платформа слегка облегчится ))
http://lenta.ru/news/2015/01/15/birds/ Тут вон даже эксперименты ставили )))
спс. с птицами всё ясно. чем больше канареек - тем меньше и без того исчезающе малая разница в весе.
Воздух это газ, он не твердое тело и не жидкость, его молекулы свободно перемещаются относительно друг друга. Когда птицы летают, они удерживаются в полете путем создания потока воздуха вокруг себя. Условно, "крыльями толкают его вниз". Но не только вниз, он потом по-разному в стороны уходит. Если этот "отодвинутый" конкретно вниз воздух долетает до пола клетки в достаточной мере (с достаточным импульсом), чтобы пересилить погрешность измерения весов, то в устоявшемся режиме, когда все птицы зависли в воздухе и машут крыльями, а первоначальный импульс, полученный весами во время прыжка уже погашен, теоретически показания весов увеличатся.
То есть, сначала показания весов уменьшаться, из-за отрыва от жердочек птиц массой Мп, они больше никак не действуют на опору своей массой, соответственно для пружины - ДельтаХ*к=Мп*g, где к - коэф жесткости пружины весов, ДельтаХ сжатие пружины, g - уск св падения. Вот эта ДельтаХ перейдет в новые показания весов. А потом увеличатся, из-за того что в пол клеток ударяется воздух, перемещаемый крыльями канареек с каким-то импульсом. Далее, воздух будет отталкиваться от пола уже с другим импульсом и так постоянно. Птицы не просто висят в воздухе, они вынуждены крыльями работать, чтобы не упасть. Воздух это не жесткая опора. Считать для каждой отдельной молекулы процесс ударения об пол вагона и складывать (
шутка, понятия не имею как там воздух перемещается, но это точно не вертолет и не турбина самолета).
Но я не думаю, что весы вообще что-то покажут. У них большая погрешность, скорее всего, они даже отлета птиц от жердочек в клетках не заметят.
Начали хорошо :) Примерно до слова "условно".
Можно упростить задачу, взяв герметичный аквариум и коптер внутри. Фактически в замкнутом пространстве появляется воздушный насос, перекачивающий воздух из верхней области в нижнюю. Создающий перепад давления. Воздух будет давить на дно аквариума, создавая вес, равный весу коптера.
При герметичном контейнере вес не изменится. Если не учитывать бесконечно высокий аквариум, верхним концом упирающийся в космос.
В вашем примере часть давления воздуха снизу будет уходить на распирание стенок аквариума, т.о. давление на нижнюю стенку не будет равно весу коптера.
Давление на левую и правую стенки компенсирует друг друга и никак не поддерживает коптер. Его держит давление снизу (ну и сверху заодно, за счет создания пониженного давления под потолком). Сила давлени\ на верхнюю и нижнюю стенки в сумме равны весу коптера и передаются весам через контейнер.
Если дальше пойти по дороге упрощений, то в нашем аквариуме создаётся 2 зоны воздуха с разной плотностью. И этот коптер будет плавать на границе сред. То, что давление давит на стенки - ну и пусть давит. Оно ж работу при этом не совершает. Стенки неподвижны. Да и с подвижными было бы тоже самое. Только точка равновесия сместится.
И задача вырождается в сравнении весов аквариума с водой и корабликом, и суммы 3 весов, отдельно кораблика, отдельно воды, отдельно самого аквариума.
Закон сохранения импульса обманываете? )
А давление на стены - будет дополнительным, следствие разогрева от затраченной энергии.
А если этот герметичный вагон с коптером внутри висит в невесомости, - он будет висеть на одном месте или попрет куда?
Если коптер при этом не привязан, то он упрётся в потолок и перестанет выполнять роль воздушного насоса.
Но в момент удара система получит нескомпенсированный импульс и начнёт двигаться в этом направлении.
Если коптер привязан, то много зависит от начального состояния. Натянута ли нить в момент старта винтов. Растяжима ли она. В равновесном состоянии импульс передаётся только за счёт трения молекул воздуха о стенки аквариума.
В таком случае изначально появится импульс в сторону "низа" аквариума. В дальнейшем он будет уравновешен, так как молекулы, идущие "Вниз" будут компенсироваться молекулами, перетекающими "вверх"
В вот что в какую сторону будет направлена сумма первоначальных импульсов, зависит от начального состояния.
Собственно, любая замкнутая система в уравновешенном состоянии будет неподвижна. Её движение во внешней среде будет определяться тем импульсом, который был получен до достижения равновесного состояния.
Мы должны рассмотреть систему сил в замкнутом пространстве.
Изначально все силы уравновешены.
В момент взлета в систему будут привнесены дополнительные силы, приложенные мышечным усилием канареек.
Далее силы, удерживающие канареек в воздухе, будут уравновешиваться силой давления крыльев на воздух. Эта сила будет действовать и на дно вагона.
В результате, вся система вновь вернется в первоначальное состояние.
Автор намекает на возможность космического движителя с мощностью в канарейках?
угу, антиграв! ))
Применим ТРИЗ.
Канарейка будет бесконечно большая птица. Вагон бесконечно малый пузырь.
Изменится ли все системы пузырь птица? Только в момент воздействия импульсов крыльев на воздушную массу.
А если вагон ну очень большой (размером со стадион) и очень легкий (титан), канареек 10500 хулиардов, смогут ли они поднять в воздух этот вагон и улететь к этому самцу?:)
показания весов не изменятся , так как удерживая себя в воздухе птица оказывает воздействие на воздух равное собственной массе. по идее это усилие должно передаваться на весы.
Вес изменится, так как канарейка в воздухе имеет нулевой вес.
Думаю, что вес будет тем же, после уравновешивания импульса.
Страницы