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

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 тестировалась на 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).

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 вперед 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 берет 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 плывет? 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?

С уважением
cerera
http://www.mirit.ru [Rhythmodynamics of NATURE]

Скорее всего воздух забирается не строго сзади. А выбрасывается как раз назад. Хотя проще и дешевле поставить тот же вентилятор просто без паруса, на манер воздушного винта.
Возможен еще хитрый эффект - вентилятор расправляет парус и увеличивает его площадь. Далее обычный ветер.

Не понял. Вы так шутите? Как раз за счет того, что сумма сил равна нулю он и плывет с ПОСТОЯННОЙ скоростью. Были бы силы неравны - он бы ускорялся. Законы Ньютона!

Все прекрасно объясняется в рамках классической физики.

Надо вспомнить закон сохранения импульса. Для применения его надо выделить систему, не особо взаимодействующую с остальным миром. Это корпус лодки, вентилятор, парус, а также воздух, в начальный момент еще не засосанный вентилятором и в конечный момент таки-да уже улетевший от парусника без надежд на возвращение. Понятно, что направление движения лодки (если пока что забить на наличие у нее киля) будет в точности противоположным направлению, куда будет в итоге отбрасываться воздух.
А у воздуха есть широкий выбор. Вариант раз - если поток летит мимо паруса, если паруса нет, если парус так выгнут, что поток пролетает все равно вперед - то лодка поплывет назад.
Вариант два - если воздух будет разлетаться примерно во все стороны равномерно - лодка практически никуда не поплывет.
Вариант три - если при отражении от паруса воздушный поток пойдет назад, то суммарный импульс, переданный лодке воздухом, будет все же направлен вперед. Ну она и поплывет.

Не понял. Вы так шутите? Как раз за счет того, что сумма сил равна нулю он и плывет с ПОСТОЯННОЙ скоростью. Были бы силы неравны - он бы ускорялся. Законы Ньютона!

Эээ... Если относительно неподвижной жидкости парусник движется, то на него действует сила вязкого трения. Чтобы он двигался при этом с постоянной скоростью, должна быть сила тяги.

Далее обычный ветер.

Ну что ты говоришь такое =( Импульс-то этому "ветру" дает вентилятор...

Я про то, что парус мог быть расправлен "ветром" от вентилятора - и потом уже его площадь стала достаточной для того, чтобы ловить ветер природный.

А с силами - перечитай еще раз что в оригинале.

"Когда сила действия на лодку и сила противодействия в виде встречного потока воздуха и трения корпуса о воду уравновешиваются" - сила тяги сюда включена, если я правильно понимаю "силу действия"...

Free Researcher: "Когда сила действия на лодку и сила противодействия в виде встречного потока воздуха и трения корпуса о воду уравновешиваются" - сила тяги сюда включена, если я правильно понимаю "силу действия"...

Интересно, а как тогда зная силы, сумма которых равна нулю, вычислить (определить) скорость парусника?

С уважением
cerera
http://www.mirit.ru

Опять шутка?
F=d(mv)/dt + начальные условия, конечно.
В вашем случае (сила сопротивления - известная функция скорости, сила тяги постоянна и от скорости не зависит (почти))
Fтяги+Fсопр(v)=0 - уравнение для нахождения скорости
Если я неправильно понял вопрос, извините, формулируйте точнее

cerera

Здесь нет никакого парадокса. Парус является просто системой, отклоняющей поток воздуха, и изменяющей направления движения парусника. Только и всего.

АлексАндер:
Опять шутка?
F=d(mv)/dt + начальные условия, конечно.
В вашем случае (сила сопротивления - известная функция скорости, сила тяги постоянна и от скорости не зависит (почти))
Fтяги+Fсопр(v)=0 - уравнение для нахождения скорости

---------------------------
Нет, шутки нет! Но в Fсопр(v) сплошкая эмпирика. Требуется же точное решение для V с позиции механики Ньютона. Как мне школьникам объяснять после того, как более 100 лет официально считалось, что парусник не поплывет? Может на форуме МГУ смогут предложить такое элегантное решение?

С уважением

cerera
http://www.mirit.ru [Rhythmodynamics of NATURE]

Вообще-то вывод формулы (по крайней мере квадратичной зависимости) даже вынесен в задачки при фейнмановском курсе... и его элементарно повторить. А что касается коэффициентов - ну так наверное можно как-нибудь посчитать через взаимодействие молекул, только вот зачем? Я не спец по МСС, но никаких принципиальных проблем тут не вижу.

Вообще-то вывод формулы (по крайней мере квадратичной зависимости) даже вынесен в задачки при фейнмановском курсе... и его элементарно повторить.

Вообще-то это вывод для некоторой модели, моделей немало и даже сам выбор адекватной модели иногда непрост, что показала, например, задачка про пузырек для госэкзамена этого года.

Имхо, зависимость силы сопротивления жидкости от скорости и правда очень и очень эмпирическая штука.

Согласен с тем, что модели бывают разные - но само их наличие говорит о том, что это уже не чистая эмпирика.
Вот у меня в области (нейробиологии) действительно часто чистая эмпирика. А если есть какая-то модель (идеальный газ хотя бы, я его имел в виду) - это уже немного другое.

Согласен с тем, что модели бывают разные - но само их наличие говорит о том, что это уже не чистая эмпирика.

Ну не скажи. Вот есть, например, ур-ние Бернулли (давление вдоль трубки тока) в том виде, в котором его дают на младших курсах. Если ты внятно сформулируешь его, внезапно окажется, что в модели есть два взаимоисключающих условия - отсутствие трения и ламинарность течения. Гидродинамика, она вся такая =)

И не надо сравнивать с нейробиологией, это очень разные науки, в частности по методологии и по построению моделей. Вообще примеры на крысах, имхо, частенько у тебя не в кассу...

Странно, что большинство ответило так. Для меня очевидно, что лодка бы двигалась. Рассуждая также, как выпускники ВУЗов, можно прийти к выводу, что самолет бы не летал. Ведь аналогия парус-крыло четко прослеживается!

Самолет с вентиляторами на крыльях - взлетит или нет?

2 Owen - Ладно, в МСС не лезу - не специалист. Но вот с методологией и построением моделей готов поспорить. Если есть время - давай приватом, что ли...

Мужики, это очередной фокус. У КИО тоже что-то пропадает и куда-то движется, что крыша едет и у физиков тоже.

Оффтопик. Устное предупреждение.

Взлетит! Пример - любой бомбардировщик второй мировой .
P.S. Кстати для успешной реализации судна с вентилятором используются крылья, только подводные. Или воздушная подушка. Иначе невыгодно.

Здесь нет никакого парадокса. Парус является просто системой, отклоняющей поток воздуха, и изменяющей направления движения парусника. Только и всего.

Что-то непонятно, а как быть с реактиной тягой самого вентилятора с направлением вектора в противоположную сторону?

2 Pypkin: А как раз парус и использует эту тягу, увеличивая КПД системы. Что-то подобное происходит и в турбовентиляторных реактивных двигателях. Недаром они так экономичны

А как раз парус и использует эту тягу, увеличивая КПД системы. Что-то подобное происходит и в турбовентиляторных реактивных двигателях. Недаром они так экономичны

Значит, если тубо-реактивный двигатель повернуть наооборот и с помощью его дуть в парус, то лодка поплывет быстрее??

Я имел в виду не тянущие винты, а винты, перед которыми мы поставим сначала крыло, а потом парус. То есть поток воздуха будет в итоге отклоняться либо вниз, либо вверх... теоретически при разнице в скоростях обтекания сверху и снизу подъемная сила должна возникнуть, а вот практически действительно только на парусник и сгодится. Причем не факт что этот вентилятор будет использован лучше чем в случае когда он выступает в роли обычного воздушного винта.

2 Free Researcher:

Мы на верном пути и кажется подбираемся к реактивной тяге. Если решить правильно задачу с парусом, то сможем улучшить кпд рективной тяги. Я так думаю.

Думать-то можно что угодно, но на реактивной тяге без дозаправки далеко не улетишь . А в космосе ентих заправок где взять?

Интересное дело: вот я беру в руки кувалду и бью ею по корме лодки. Подвинется ли лодка? Я, разумеется, в лодке.

2dervish А вы эксперимент поставьте, вы же так это любите.
Не будет. Закон сохранения импульса. В отличие от случая с вентилятором, в противоположную движению сторону ничего не движется. Если очень хочется поплавать на кувалдоходе, можно взять побольше кувалд и кидать назад. Рассчет - на уровне 1 курса.

Пробовал, однова, правда не кувалдой, а кулаком. Немного, но поддавалась лодка-то. А вроде бы - не должна.

Правильный ответ - продвинется, если кто не в курсе. Кроме закона сохранения импульса надо еще понимать, что сопротивление воды зависит от скорости нелинейно. Перемещения туда и сюда у лодки происходят асимметрично (с разной зависимостью скорости от времени), поэтому и импульс силы сопротивления воды до удара (во время замаха) и после удара (торможение кувалды, отскочившей обратно) будет разный. Следствие - лодка переместится.

А я Вас обманул: должна. Я тут подумал и понял, что никакого сохранения импульса там нет: из-за силы сопротивления воды система незамкнута. Лодка имеет такую форму, что сила сопротивления при движении вперед меньше, чем при движении назад. Плюс над учитывать зависимость этих сил от скорости. Теоретически я это рассчитывать не возьмусь, тк гидродинамики не знаю. Извините за поспешные выводы.

Продвинется, но не по причине, указанной Owen-ом (что легко проверяется, если бить не по корме лодки, а по грузу в лодке), а из-за того, что сотрясающийся борт (корма) отбрасывает воду.

Похоже начинаем плыть в нужном направлении, хотя и с кувалдой.

Cerera,
Заправки построим, опыт есть.
А если значительно вырастет КПД, то на первом этапе будет неплохая экономия топлива при тех-же затратах уже можно будет улететь дальше и взять с собой больше.

Очень интересная тема... Завтра на ФФ попробую кое-что проверить, потом распишу вам ситуацию. Придумал одну вещь, хоть и не уверен. Не пишу, т.к. вам она может быть очевидна, а хочется самому попробовать.

Продвинется, но не по причине, указанной Owen-ом (что легко проверяется, если бить не по корме лодки, а по грузу в лодке), а из-за того, что сотрясающийся борт (корма) отбрасывает воду.

Не хотелось вас огорчать, но отбрасывание воды - это и есть часть силы сопротивления. Более того, с вполне известной зависимостью от скорости. Нелинейной, как это мной выше и обещано.

Мне доставляет удовольствие видеть столь оживленную дискуссию по предложенному мною эффекту. Дело не столько в асимметрии лодки, сколько в энергии кулака. Ее же надо куда-то девать. Часть девается на деформацию доски кормы, а другая - на движение лодки. Это - сродни тому движению, которое можно получить, преобразуя кинетическую энергию вращения маховика в поступательное движение его же. Как в НЛО.

Энергия тут непричем. Из закона сохранения энергии вовсе не следует, что какая-то часть начальной энергии должна превращаться в конце в кинетическую. И вообще непонятно, какую систему Вы рассматриваете.

Причем тут нелинейная оптика?

Если энергия не причем, то и импульс не причем. А НЛО - это Неопознанный летающий объект.

Мой пост ?24 я уже признал бредом сивой кобылы. Верным является мой пост мой ?27(и Owenовский ?26,конечно).
Причем тут неопознанные летающие объекты?

Разумеется. И суда на водометных двигателях тоже плавают за счет силы сопротивления...

Только вот беда:

- зависимость-то там не только от скорости...

Скажите, вы можете привести определение силы сопротивления, подтверждающее ваше мнение? Огорчитель...

2 dervish:


Уважаемый dervish,
У вас есть черчежики НЛО? Поделитесь.

?????????

Есть, чертежики - эскизики. Об этом говорено, в частности, в теме "Эквиваленты поступательного и вращательного"

2 dervish:
Есть, чертежики - эскизики. Об этом говорено, в частности, в теме "Эквиваленты поступательного и вращательного"

И уже летает, или только в воображении. И как можно браться за решение таких задач, когда не известно, что творится внутри кристала диска на момент вращения. И какова природа эффекта юлы или гироскопа?

Не только летает, но бегает повсюду, по всем дорогам, спасу нет.
Природа юлы или гироскопа? Инерция, похоже.

Какие силы действуют в системе? И в какой системе отсчета?

И что с законом сохранения импульса?

2 dervish:
Природа юлы или гироскопа? Инерция, похоже.

Гироскопы применяют везде. Можно пользоваться, но не знать природу явления.
Про гравитацию тоже самое, пользуются, а поймать не могут.
В электричестве много не понятного, хотя мы каждый день втыкаем вилку в разетку.
И ответ "похоже" - в физике не уместен.

Что вы имеете в виду? Если устойчивость, то см учебник. Если что-то другое, то что?

Вы о чем?

Вообще-то эту дискуссию надо перенести в "эквиваленты поступательного и вращательного". Этот топик - про парусник.
Кстати, тут парадокс и без вентилятора. Миллионы экспериментов подтверждают, что на парусном корабле можно ходить против ветра. Но сила действия ветра есть причина ускорения в его направлении, значит скорость должна через некоторое время направиться по ветру, но никак не против. Как это объяснить?!
Я знаю, как, но хочу увидеть объяснение от альтернативной физики

Энергии безразлично, куда ее несет: по или против ветра.

Любая гипотеза есть то самое похоже.

А бегает - хотя бы автомобиль.

Вообще-то странно откуда у вас такие сведения. Вы сами проводили опросы?

По сути треда практически полностью согласен с Owen-ом. Он довольно доступно, по-моему, все объяснил и даже разжевал на буквально детском уровне. Добавлю лишь только то, что данный "парадокс" уже более полувека активно используется в народном хозяйстве, а именно в авиационных турбовинтовых двигателях. Когда самолет касается посадочной полосы, то пилот включает, так называемый, реверс тяги. Кто летал на самолетах, тот мог это хорошо ощутить. В практическом смысле это означает раскрытие того самого паруса, который разворачивет воздушную струю двигателя на 135 градусов. И как вы, наверное, догадались, это обеспечивает самолету эффективное торможение по полосе. Реверс выключается на скорости ниже 120 км/час, чтобы поднимаемая струей пыль с ВПП не засасывалась обратно в двигатель.

Подробные картинки прилагаются:
Ty-154
Boeing-767

Уважаемый Denis:
Парадокс заключаесся в том, что если к этому реверсу подставить парус, то эфективное торможение сменится на эфективный разгон, хотя тяга реверса возникает внутри двигателя.

К камому месту "реверса" вы парус прикручивать будете? И вообще, надо бы различать "реверс тяги" и "тягу реверса"!

Уважаемый Pypkin:
В чем Вы видите парадокс? По Вашим словам выходит, что ракета - парадокс, так как получает
?26 читайте!

Любопытно:
на другом ("нехорошем") форуме
владельцу шикарных садов ... достало ... одного ответа:

Это - иэ задач на сохранение импульса

--------------------------------------------------------------------------------

Популярная задачка такого типа:
взлетит ли самолет на абсолютно скользкой полосе ?

Корова на льду - не убежит,
бросание камней в парус-щит лодки,
если они отскакивают в нее же, -
тоже оставит ц.т. системы неподвижным.

Но импульс струи реактивного двигателя или воздуха, отбрасываемого пропеллером, ...
либо отраженного парусом,
разгоняют самолет либо лодку.

Комментарии ... излишни ?

==========================================================

Оказалось, - нет предела ... Только масла в огнь подлил...

"Проблема" - ... я ж заменил на "абс.скользкую"
фигурирущую в упомянутой задачке "взлетную полосу из роликов,
вращающихся с совпадением линейных скоростей с шинами шасси".

А усложнять условия исходной задачки ... можно до скончания века ...

Повторяю: она - на знание закона сохранения импульса. Только.
Но ... хочется поговорить ... о гидроаэродинамике и ... см. энциклопедии.