Вопрос про птичку ...

[Ratus]

Уже несколько лет, мучает нерешенная задача, на первый взгляд простая, но решить не знаю как. Давно в дипломе стоит пять баллов по физике (наверное незаслуженно... ;(( ). Я не прошу конкретного решения, важен принцип. Итак суть проблемы - на земле стоит железнодорожный вагон, герметично закрытый. К стенкам вагона приварена металлическая палка, на палке сидит птичка. Пусть вагон стоит на весах и его вес составлет в этот момент m килограмм. Вроде все понятно ... но тут птичка взлетает с насеста (палки). Какой вес покажут весы в момент полета птички по вагону. Повторяю, вагон герметически закрыт, т.е. система из вагона и птички замкнута, в этом вся проблема.

[Zai]

В первый момент времени будут колебания сил реакции вагона, весы вначале покажут вес больший, за счет прыжка, как если бы Вы прыгали в лифте. Если птица будет летать продолжительное время, то вес будет равен весу вагона и птицы до полета. Полет связан с некоторым реактивным движением, что-то вроде струй вертолета при взлете. Разность импульсов воздуха вблизи птицы за счет взмахов крыльев равна весу птицы. Эта же разность реализуется на полу вагона, но с обратным знаком. Это может быть подтверждено существованием "воздушных ям" на самолетах малой авиации, когда пролет над высоким обрывистом берегом широкой реки даже на значительной высоте приводит к временному провалу в траектории самолета.

[Ratus]

Zai писал(а):

В первый момент времени будут колебания сил реакции вагона, весы вначале покажут вес больший, за счет прыжка, как если бы Вы прыгали в лифте. Если птица будет летать продолжительное время, то вес будет равен весу вагона и птицы до полета. Полет связан с некоторым реактивным движением, что-то вроде струй вертолета при взлете. Разность импульсов воздуха вблизи птицы за счет взмахов крыльев равна весу птицы. Эта же разность реализуется на полу вагона, но с обратным знаком. Это может быть подтверждено существованием "воздушных ям" на самолетах малой авиации, когда пролет над высоким обрывистом берегом широкой реки даже на значительной высоте приводит к временному провалу в траектории самолета.

Решение очевидное, но неправильное. На первый взгляд кажется, что действительно - давление воздушного импульса от крыльев на пол вагона равно весу птицы. Но это лишь на первый взгляд. Рассмотрим подробнее. Птица не всегда машет крыльями, 2-3 сек (вагон достаточно длинен) она может планировать. Какое давление на пол при этом ? Получается, что вес замкнутой системы уменьшился сам по себе ? Ерунда получается. Далее рассмотрим ту же ситуацию с открытыми дверьми вагона. Очевидно, если птица взлетела, вес вагона сразу уменьшился. А что, при этом давление воздушного потока от крыльев не действует ? Нет, скажите Вы, излишек давления "уходит в дверь". Получается, что импульс давления от взмахов крыльев равномерно распределяется по всей площади пола, стен и потолка вагона. А что, если вагон закрыт, то это не так ? И импульс в закрытом вагоне начинает действовать только на пол ?

[Someone]

Ratus писал(а):

Далее рассмотрим ту же ситуацию с открытыми дверьми вагона. Очевидно, если птица взлетела, вес вагона сразу уменьшился.

Почему? Вы это проверяли?

Кстати, парящая птица передаёт направленный вниз импульс воздуху независимо от того, машет она крыльями или не машет.

Идея, кстати, не новая: Полещук Александр "Падает вверх".

[Архипов]

Можно еще проще доказать, что вес вагона не изменится. Масса вещества в вагоне не меняется? Значит - и вес не меняется. Молекулы воздуха тоже в подвешенном состоянии находятся, однако тоже сильнее давят на пол. чем на потолок.

[Батороев]

Присоединяясь к вышевыступившим товарищам, добавлю свои соображения.
Представим большой аквариум, в котором плавают большие рыбины. Извлекая из воды рыб, мы уменьшаем вес системы, добавляя рыбу - увеличиваем. Если рыб не трогать, то вес системы будет постоянным (не считая упругих колебаний воды от движения хвостов и плавников).
Вагон - это тот же аквариум, но только среда другая, да живность пернатая.

Задача в чем то схожа с той, в которой спрашивается: можно ли охладить герметичное помещение включенным холодильником с открытой дверцей?

[Tau_0]

А система то откуда у Вас замкнутая? Гравитацию вагон генерирует? Вы совсем или где?

Добавлено спустя 3 минуты 3 секунды:

А холодильник --- тут, как раз гладко… Если он не кондиционер…

[_serge]

Рассмотрите еще такую ситуацию: птичка влетела в вагон в открытую дверь, дверь закрылась, а птичка там парит еще несколько секунд, чему равен вес вагона?

А вообще, применительно к рассматриваемой (замкнутой) системе:
- Если птичка достаточно длительное время находится в состоянии прямолинейного горизонтального полета, то сила тяжести, действующая на нее, компенсируется подъемной силой, соответственно на воздух действует равная по величине, но противоположная по знаку сила, которая передается стенкам вагона (не только полу) и складывается с весом пустого вагона.
Даже в этом случае точного равенства
P=g(M+m) может не быть в силу необратимых потерь.

- Если птица набирает высоту, то общий вес системы растет, снижается - падает.

Странного в этом ничего нет. Поставьте вагон на весы, войдите в него, закройте дверь и попрыгайте.

[Tau_0]

А если задачу решать в обратный зад. Птичке --- противогаз замкнутого типа. Дверь – демон максвелла. В вагоне вакуум. Демон молекулы по одной добавляет. Вагон достаточно большой и птичка не успевает упасть…

[Ratus]

Батороев писал(а):

Присоединяясь к вышевыступившим товарищам, добавлю свои соображения.
Представим большой аквариум, в котором плавают большие рыбины. Извлекая из воды рыб, мы уменьшаем вес системы, добавляя рыбу - увеличиваем. Если рыб не трогать, то вес системы будет постоянным (не считая упругих колебаний воды от движения хвостов и плавников).
Вагон - это тот же аквариум, но только среда другая, да живность пернатая.

Задача в чем то схожа с той, в которой спрашивается: можно ли охладить герметичное помещение включенным холодильником с открытой дверцей?

Ребята, вы уж извините тупенького, но я не понял.... итак, стоит ОТКРЫТЫЙ ВАГОН, пусть он "вообще открыт", т.е. не дверь у него открыта, а платформа это стоит ) и вот над этой платформой пролетела птица, по инерции летела, не набирая высоту и не падая вниз. И в момент пролета вес вагона увеличился на вес этой птички ? Воля ваша .... но что - то уж несуразное вы говорите. По этой логике, если вы стоите под пролетающим самолетом, то давление столба воздуха "под самолетом" соответствует весу самолета ? Хм ..... я закончил авиационный ВУЗ, и несколько раз находясь в непосредственной близости от ВПП, точно надо мной на высоте 100-150 местов пролетали большие (ТУ-154) самолеты. Почему меня указанным давлением не расплющило об асфальт ? Да и никакого добавочного веса (кроме атмосферного столба ) я не ощущал ?

[Zai]

Ratus писал(а):

Почему меня указанным давлением не расплющило об асфальт ?

Площадь повышенного давления под самолетом приблизительно равна квадрату расстояния до него. При весе самолета 50 тонн и высоте полета 100 м, давление будет в сотни раз меньше атмосферного. Поэтому Вы его не замечаете.

Повышенное давление используется также в экранопланах.

[Ratus]

Zai писал(а):

Ratus писал(а):

Почему меня указанным давлением не расплющило об асфальт ?

Площадь повышенного давления под самолетом приблизительно равна квадрату расстояния до него. При весе самолета 50 тонн и высоте полета 100 м, давление будет в сотни раз меньше атмосферного. Поэтому Вы его не замечаете.

Повышенное давление используется также в экранопланах.

т.е. летящий самолет на землю "не давит", а летящая птичка на пол вагона давит ?

[Zai]

Ratus писал(а):

т.е. летящий самолет на землю "не давит", а летящая птичка на пол вагона давит ?

Летящий самолет на землю давит, но это давление очень мало.

[_serge]

Просто вагоном является вся Земля.

[Архипов]

Действительно, трудно вообразить силу тяжести летящих самолета или птички, приложенную к поверхности Земли.
Но им больше не обо что опираться, как на воздух, а воздуху - о поверхность Земли. Но в примере с лодкой на поверхности озера представить легче. Давление на дно озера увеличится на вес лодки, деленный на площадь дна озера. Тоже значение величины будет махоньким, но легко вычислимым. Тысячи самолетов в атмосфере по сути увеличивают вес атмосферы. Пока они на стоянках - их вклад в давление атмосферы равен силе Архимеда, деленной на площадь поверхности Земли. В полете - весу самолетов, деленному на ту же площадь.
Кстати, возмущенный воздушный поток от пролетающего гуся, над нашей головой, достаточно устрашающ. А от самолета возмущенный поток (в виде двух вихрей) может очень даже ощутимо тряхнуть такой же самолет, летящий по той же траектории, что и первый. На расстоянии до десятка км тянется эта струя за летящим самолетом.