Парадокс парусной лодки и вентилятора

[cerera]

Будет ли двигаться парусная лодка вперёд, если на корме установить мощный вентилятор и направить поток воздуха в парус? (см. в конце открывшейся страницы http://www.college.ru/modules.php?name= ... nk&cid=124 )

Вспомним мультфильм «Ну погоди», где волк дует в парус и таким образом догоняет зайца. Эта ситуация вызывает у зрителей улыбку, т.к. подсознательно кажется парадоксальной, т.е. неосуществимой в реальности.

Но на этом парадоксальность не заканчивается. Эта задачка задавалась молодым выпускникам физических факультетов самых престижных российских вузов (МГУ, МФТИ, МИФИ) и в 18 случаях из 20 ответ был конкретно однозначным: «Парусная лодка будет стоять на месте, т.к. в этом случае сила давления потока воздуха является внутренней силой, которая не может сообщить одно общее движение лодке с находящимся на ней вентилятором». И только два из двадцати задумывались (вероятно, плохо учились, но один из них дал правильный ответ).

Казалось бы, вопрос снят, т.к. большинством голосов молодые физики-теоретики постановили, что парусная лодка с работающим вентилятором будет стоять на месте. Однако, это не так.

Если изготовить модель парусника и поместить на корму вентилятор, то при его, вентилятора, работе парусник приходит в движение, т.е. начинает перемещаться вперёд вопреки результатам голосования. Да и скорость перемещения не шуточная, на реальной модели она достигала 3км/ч (ФИПС рег. № заявки ххххххххх).

Это значит, что в рассматриваемой задачке не может идти речи о только внутренней силе. Тем более, что система корпус – вентилятор – парус является открытой, т.е. вентилятор берёт воздух из окружающей среды и направляет его мощным потоком в парус. Парус изменяет направление потока воздуха и возвращает его, воздух, назад в окружающую среду.

При осмыслении этой задачки возникает любопытная казусная ситуация, связанная с классической механикой. Когда сила действия на лодку и сила противодействия в виде встречного потока воздуха и трения корпуса о воду уравновешиваются, скорость лодки становится постоянной, т.е. V>0=const, при F1+F2=0. Если сумма сил равна нулю, то по какой такой загадочной причине парусник плывёт? Что обеспечивает и поддерживает движение парусника с постоянной скоростью?

http://sail.mirit.ru (здесь видеофрагмент испытаний модели парусника)

Классическая механика не имеет ответа на этот вопрос, или имеет?

[e2e4]

Этта. Фокус?
Не верю (с).

[Someone]

cerera писал(а):

Будет ли двигаться парусная лодка вперёд, если на корме установить мощный вентилятор и направить поток воздуха в парус?

Будет конечно. Чего тут такого удивительного? Хорошо известный реактивный принцип движения. Вон у Вас там в другом "опыте" в ванне штуковина плавает на таком же принципе, только она вместо потока воздуха волны на воде создаёт.

cerera писал(а):

Эта задачка задавалась молодым выпускникам физических факультетов самых престижных российских вузов (МГУ, МФТИ, МИФИ) и в 18 случаях из 20 ответ был конкретно однозначным: «Парусная лодка будет стоять на месте, т.к. в этом случае сила давления потока воздуха является внутренней силой..."

Придурков каких-то опрашивали. Специально, что-ли, таких выбирали? Или уже у нас настолько уровень образования упал?

cerera писал(а):

ФИПС рег. № заявки ххххххххх

Нашли, что патентовать. Вы бы ещё заявку на колесо подали.

cerera писал(а):

Когда сила действия на лодку и сила противодействия в виде встречного потока воздуха и трения корпуса о воду уравновешиваются, скорость лодки становится постоянной, т.е. V>0=const, при F1+F2=0. Если сумма сил равна нулю, то по какой такой загадочной причине парусник плывёт?

В соответствии законами Ньютона. У Вас о механике представления двухтысячелетней давности.

[e2e4]

Someone писал(а):

Будет конечно. Чего тут такого удивительного? Хорошо известный реактивный принцип движения.

Извените. Как раз таки реактивное движение толкает лодку назад. А надутый парус - вперед. Тут даже уместнее говорить не о реактивном движении, а о аэродинамике - за вентиляторов создается зона пониженного давления, перед вентилятором - зона повышенного давления. Куда будет "всасываться" вентилятор?

[Someone]

e2e4 писал(а):

Someone писал(а):

Будет конечно. Чего тут такого удивительного? Хорошо известный реактивный принцип движения.

Извените. Как раз таки реактивное движение толкает лодку назад. А надутый парус - вперед. Тут даже уместнее говорить не о реактивном движении, а о аэродинамике - за вентиляторов создается зона пониженного давления, перед вентилятором - зона повышенного давления. Куда будет "всасываться" вентилятор?

А позади паруса создаётся зона повышенного давления. Причём тут это? Парус перенаправляет поток воздуха назад. Только и всего. Правда, эффективнее было бы сразу направить его назад.

[e2e4]

Цитата:

А позади паруса создаётся зона повышенного давления. Причём тут это? Парус перенаправляет поток воздуха назад. Только и всего. Правда, эффективнее было бы сразу направить его назад.

Хехе. Парус-то "перенаправляет" часть воздуха назад. Но для того, чтобы "направить" этот воздух в парус, вентилятору необходимо сообщить потоку кинетическую энергию, т.е. самому "оттолкнуться" от воздуха. Вентилятор и парус жестко связаны. Движения возникнуть не должно, вы не находите?

[Someone]

e2e4 писал(а):

Парус-то "перенаправляет" часть воздуха назад. Но для того, чтобы "направить" этот воздух в парус, вентилятору необходимо сообщить потоку кинетическую энергию, т.е. самому "оттолкнуться" от воздуха. Вентилятор и парус жестко связаны. Движения возникнуть не должно, вы не находите?

Не нахожу. Если общий поток воздуха уходит назад, то парусник будет уходить вперёд. Возможно, Вас сбивает с толку то, что система открыта снаружи? Заключите парус с вентилятором в непрозрачный кожух, чтобы не было видно, что там внутри. Тогда Вы увидите устройство, которое выбрасывает из некоторого отверстия струю воздуха назад, а само движется вперёд. Что происходит внутри кожуха - совершенно не важно. Там - внутренние силы, которые не влияют на движение центра масс.

[e2e4]

Однако, в случае закрытой системы с дыркой только на выпуск газа, газ внутри скоро кончится и движение быстро прекратится. Надо обязательно делать еще и дырку на впуск. А вот тут-то и выяснится, что
а) масса всасываемого воздуха = массе выбрасываемого;
б) избыточное давление на выходе, толкающее тело вперед = -пониженное давление на входе, заставляющее двигаться тело назад.

[Someone]

e2e4 писал(а):

Однако, в случае закрытой системы с дыркой только на выпуск газа, газ внутри скоро кончится и движение быстро прекратится. Надо обязательно делать еще и дырку на впуск. А вот тут-то и выяснится, что
а) масса всасываемого воздуха = массе выбрасываемого;
б) избыточное давление на выходе, толкающее тело вперед = -пониженное давление на входе, заставляющее двигаться тело назад.

Да ладно, это известный принцип движения. Откуда Вы взяли равенство б)? Выходящий поток воздуха имеет намного больший импульс, чем входящий. Разумеется, я имел в виду такой кожух, чтобы он не мешал работе системы.

[e2e4]

Цитата:

Да ладно, это известный принцип движения. Выходящий поток воздуха имеет намного больший импульс, чем входящий. Разумеется, я имел в виду такой кожух, чтобы он не мешал работе системы.

Да нет, при всем уважении к вам, мне кажется, вы заблуждаетесь.

Да, можно сделать входное отверстие большего диаметра, выходное меньшего. Да, входной поток будет иметь меньшею скорость, выходной большую. Но ведь импульс-то будет одинков, подумайте.

И еще - физика рассматривает реальные вещи. Сделать такой кожух, "чтобы он не мешал работе системы" - имхо невозможно. Именно физика реального кожуха и запрещает движение лодки. Тут кроется тонкость.

Добавлено после некоторого раздумья:
Да, кстати, ваш кожух-то должен быть жестко связан с лодкой, т.к. в случае выбрасывания из него воздуха(предположим, реактивная теория работает), лодка проплывет вперед, уткнется в переднюю стенку носом, и начнет толкать кожух. Что я хочу сказать - как ни крути, а если внутри некоего абстрактного объекта нет своего запасенного топлива, которое будет выбрасываться назад, сообщая телу ускорение вперед, то сколько не бери массу извне, сила реактивной тяги уравновесится обратной силой всасывания массы.

[photon]

e2e4 писал(а):

Но ведь импульс-то будет одинков, подумайте.

Не будет. Вспомните, как всякие там медузы плавают...

[e2e4]

Хм. А ведь действительно они как-то плавают... Может как мой последний аргумент примете обтекаемую форму медузы в сторону движения и необтекаемую в строну всаса, одновременно с высокой вязкостью морской воды?

[Someone]

e2e4 писал(а):

Да, можно сделать входное отверстие большего диаметра, выходное меньшего. Да, входной поток будет иметь меньшею скорость, выходной большую. Но ведь импульс-то будет одинков, подумайте.

С какой стати он будет одинаковый? Внятно объясните.

А реактивный принцип движения действительно хорошо известен. Или Вы о нём не слышали?

[photon]

e2e4 писал(а):

Может как мой последний аргумент примете обтекаемую форму медузы в сторону движения и необтекаемую в строну всаса, одновременно с высокой вязкостью морской воды?

Обтекаемость определяет скорость, а не направление движения

[e2e4]

Цитата:

С какой стати он будет одинаковый? Внятно объясните.

Да, наверное не будет.

Цитата:

А реактивный принцип движения действительно хорошо известен. Или Вы о нём не слышали?

Нет, я знаю как летают ракеты. Но чтобы использовать массу окружающей среды, ее разогнать и от нее оттолкнуться - признаться, слышу впервые. Надо подумать над этим.

Цитата:

Обтекаемость определяет скорость, а не направление движения

Я имел ввиду - фаза всаса - медузу тянет назад, но ее вогнутая относительно этого направления движения форма купола сильно мешает движению, скорость стремится к нулю. Фаза выброса вода - купол ноборот сжимается, вперед сопротивление минимально, скорость максимальна. Так и плавает. Нет?

Да, но:

cerera писал(а):

Но на этом парадоксальность не заканчивается. Эта задачка задавалась молодым выпускникам физических факультетов самых престижных российских вузов (МГУ, МФТИ, МИФИ) и в 18 случаях из 20 ответ был конкретно однозначным: «Парусная лодка будет стоять на месте, т.к. в этом случае сила давления потока воздуха является внутренней силой, которая не может сообщить одно общее движение лодке с находящимся на ней вентилятором». И только два из двадцати задумывались (вероятно, плохо учились, но один из них дал правильный ответ).

Автор признает, что ответ "лодка не будет двигаться" признан правильным. Значит, 19 из 20 молодых людей дали неправильный ответ, и учителя его признали за правильный? Не кажется ли вам, что это слишком простая задача для профессоров МГУ, МФТИ, МИФИ чтобы в ней ошибиться?