Парадокс парусной лодки и вентилятора |
Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://wasp.phys.msu.ru/forum/index.php?showtopic=6194
Дата изменения: Unknown Дата индексирования: Sun Apr 10 02:53:49 2016 Кодировка: Windows-1251 |
Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )
Парадокс парусной лодки и вентилятора |
6.10.2006, 15:46
Сообщение
#1
|
|
продвинутый Группа: Альтернативщики Сообщений: 74 Репутация: -8 Предупреждения: (0%) |
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] Сообщение отредактировал cerera - 6.10.2006, 15:48 |
6.10.2006, 15:54
Сообщение
#2
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
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. Цитата 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? 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! -------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
6.10.2006, 16:03
Сообщение
#3
|
|
как взрослый Группа: Легенды Сообщений: 7,967 Репутация: 371 Предупреждения: (0%) |
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... |
6.10.2006, 16:17
Сообщение
#4
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
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"... -------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
6.10.2006, 16:43
Сообщение
#5
|
|
продвинутый Группа: Альтернативщики Сообщений: 74 Репутация: -8 Предупреждения: (0%) |
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 Сообщение отредактировал cerera - 6.10.2006, 16:46 |
6.10.2006, 18:05
Сообщение
#6
|
|
живу здесь Группа: Ждущие Сообщений: 479 Репутация: 29 Предупреждения: (0%) |
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 -------------------- Я не имею никакого отношения к Британской Антарктике.
Мне просто понравилось "research and discovery" и пИнгвин. |
6.10.2006, 19:33
Сообщение
#7
|
|
живу здесь Группа: Альтернативщики Сообщений: 285 Репутация: -29 Предупреждения: (0%) |
cerera
Цитата Будет ли двигаться парусная лодка вперед, если на корме установить мощный вентилятор и направить поток воздуха в парус? Здесь нет никакого парадокса. Парус является просто системой, отклоняющей поток воздуха, и изменяющей направления движения парусника. Только и всего. -------------------- http://regul238_f27w5b.radius-host.net/index.html
|
6.10.2006, 21:18
Сообщение
#8
|
|
продвинутый Группа: Альтернативщики Сообщений: 74 Репутация: -8 Предупреждения: (0%) |
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] Сообщение отредактировал cerera - 6.10.2006, 21:22 |
7.10.2006, 19:27
Сообщение
#9
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
Цитата Но в Fсопр(v) сплошкая эмпирика. 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. -------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
7.10.2006, 20:57
Сообщение
#10
|
|
как взрослый Группа: Легенды Сообщений: 7,967 Репутация: 371 Предупреждения: (0%) |
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. |
7.10.2006, 21:06
Сообщение
#11
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
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. -------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
7.10.2006, 21:37
Сообщение
#12
|
|
как взрослый Группа: Легенды Сообщений: 7,967 Репутация: 371 Предупреждения: (0%) |
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... |
7.10.2006, 21:55
Сообщение
#13
|
|
----- Группа: Элита Сообщений: 4,867 Репутация: 260 Предупреждения: (0%) |
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!
-------------------- Возле города Пекина ходят-бродят хунвейбины.
И старинные картины ищут-рыщут хунвейбины. И не то, чтоб хунвейбины любят статуи, картины, Вместо статуй будут урны революции культурной. И ведь главное, знаю отлично я, Как они произносятся, Но что-то весьма неприличное На язык ко мне просится, Хунвейбины. |
7.10.2006, 21:58
Сообщение
#14
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
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... -------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
7.10.2006, 21:58
Сообщение
#15
|
|
продвинутый Группа: Участники Сообщений: 53 Репутация: -1 Предупреждения: (0%) |
Мужики, это очередной фокус. У КИО тоже что-то пропадает и куда-то движется, что крыша едет и у физиков тоже.
Оффтопик. Устное предупреждение. Сообщение отредактировал Owen - 8.10.2006, 0:23 |
7.10.2006, 22:01
Сообщение
#16
|
|
----- Группа: Элита Сообщений: 4,867 Репутация: 260 Предупреждения: (0%) |
Взлетит! Пример - любой бомбардировщик второй мировой .
P.S. Кстати для успешной реализации судна с вентилятором используются крылья, только подводные. Или воздушная подушка. Иначе невыгодно. Сообщение отредактировал ivandasch - 7.10.2006, 22:02 -------------------- Возле города Пекина ходят-бродят хунвейбины.
И старинные картины ищут-рыщут хунвейбины. И не то, чтоб хунвейбины любят статуи, картины, Вместо статуй будут урны революции культурной. И ведь главное, знаю отлично я, Как они произносятся, Но что-то весьма неприличное На язык ко мне просится, Хунвейбины. |
7.10.2006, 22:04
Сообщение
#17
|
|
продвинутый Группа: Участники Сообщений: 53 Репутация: -1 Предупреждения: (0%) |
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? |
7.10.2006, 22:08
Сообщение
#18
|
|
----- Группа: Элита Сообщений: 4,867 Репутация: 260 Предупреждения: (0%) |
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
-------------------- Возле города Пекина ходят-бродят хунвейбины.
И старинные картины ищут-рыщут хунвейбины. И не то, чтоб хунвейбины любят статуи, картины, Вместо статуй будут урны революции культурной. И ведь главное, знаю отлично я, Как они произносятся, Но что-то весьма неприличное На язык ко мне просится, Хунвейбины. |
7.10.2006, 22:31
Сообщение
#19
|
|
продвинутый Группа: Участники Сообщений: 53 Репутация: -1 Предупреждения: (0%) |
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?? |
8.10.2006, 0:03
Сообщение
#20
|
|
big bad XY-dyke Группа: Элита Сообщений: 6,949 Репутация: 533 Предупреждения: (0%) |
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.
-------------------- In the early days of gender studies, and even today - at least among general public (Pryzgoda & Chrisler, 2000) - the word 'gender' has often been synonymous with women. We hope that this idea seems ridiculous to our readers. //Handbook of Gender Research in Psychology, Volume 1
|
Текстовая версия | Сейчас: 10.04.2016, 2:53 |