Превышаем скорость ветра или нет?

[latad]

Сообщение от skat

Точно как у меня ситуация :-)

Предлагаю верный способ, осознать относительность движения.
То есть, в случае с машинкой с винтом воздух считать неподвижным, а дорогу - движущейся, то есть, могущей совершать работу - и всё встанет на свои места, то есть, переверните машинку, считайте, что движение дороги - это ветер, но крутит этот "ветер" не пропеллер, а колёса, а пропеллер создаёт упор, как гребной винт в воде.

[M1605]

Ничего необычного! Все то же правило рычага действует.
Для начала представим такую картинку:
Для упрощения будем считать что эфективность паруса очень высока и его скорость стремится к скорости ветра (Vw), перемещаем мы некую материальную точку мизерной массой, также пренебрегаем силами трения в блоках (потери стремятся к 0). При таких условиях результирующая скорость (Vr) на свободном конце троса будет стремится к удвоенной скорости ветра!
В реалиях всё несколько скромнее, но думаю смысл понятен, а при желании можно добавить ещё несколько блоков...

А теперь представим что в машинке из видеоролика на задней оси стоит примерно такой редуктор:
С шестерни снимается момент для вращения "вентилятора" понятное дело вентилятор дует в сторону противоположную направлению ветра и движения машинки. И где тут перпетуум-мобиле?

Нужны-ли подробные пояснения?

[Леха@velokiev]

2 skat
У тебя там логическая дырочка в размышлениях о воздушном шаре.
Ты ему предполагаешь сопротивление воздуха, но не в ту сторону это сопротивление направляешь.

Представь, ветер 10 м/с, шар висит в воздухе, но на якоре. Сопротивление воздуха есть? Еще и какое, если систему отсчета относительно воздуха взять, то шар летит 10м/с, а воздух ему сильно сопротивляется. Что заставляет шар лететь 10м/с относительно воздуха? Тяга земли. Земля тянет шар, за канат. Канат при этом сильно натянут.

А потом та мысль, которую Лоп подсказал, про идеально ровный ветер.
Рубанули канат якорный, тяга земли прекратилась, противодействовать сопротивлению воздуха больше нечему. Скорость шара начинает падать. Скорость шара падает, сопротивление воздуха тоже падает. Упала скорость - упало и зависящее от скорости сопротивление. Математически получается асимптотическое приближение и того и другого к нулю.
Возвращаясь к отсчету относительно земли, как только мы шар отпустили, скорость его начинает возрастать, одновременно с этим падает сопротивление воздуха (направленное на разгон шара), асимптотически приближая скорость шара к скорости воздуха.

[lop]

Сообщение от skat

Я считаю, что не так.

Почему шар едет? Потому что его с одной стороны молекулы воздуха ударяют чаще, чем с другой стороны.

Так и было, пока шар разгонялся. При этом на шар действовала сила, результат разности давлений с наветреной и подветреной сторон, а шар двигался ускоренно, то есть с меняющейся скоростью. Но когда шар разогнался и его скорость сравнялась со скоростью ветра, то есть окружающего его воздуха, давления с наветра и подветра сравнялись, результирующая сила исчезла, то есть стала равна нулю, а шар стал двигаться с постоянной скоростью, такой же, как и у окружающего его воздуха-ветра. Всё в соответствии с заветами Ньютона.

Каждый удар это взаимодействие по 3 закону Ньютона. Молекулы ударяются о шар и передают ему кинетическую энергию.

Дались тебе эти молекулы. Их ведь много, глаза разбегаются, считать тяжело, того и гляди, не учтёшь какую-нибудь прыткую. Гидродинамики давно плюнули на это неблагодарное занятие, и вместо подсчёта ударов молекул специально изобрели давление. А газ договорились считать сплошной средой, вроде резиновой ваты. Когда давление с одной и с другой стороны постоянное, то молекулы с одной стороны передают ту же кинетическую энергию телу, что и молекулы с другой стороны. И получается, что в среднем, относительно среднестатистического положения молекул тело своего положения не меняет, так как у молекул - ничья. А ветер - резиновая вата - всей своей тучей движется с постоянной скоростью над землёй, вместе с застрявшим в этой вате шаром.

Чем тяжелее шар, тем меньше каждая молекула передаст энергии.

Это вообще непонятно почему. За что такая весовая дискриминация?

Т.е. на перемещение массы энергия расходуется. Это важно.

Только если перемещение неравномерное, когда скорость перемещаемого меняется. Иначе никакой энергии на перемещение не расходуется. Хотя может расходоваться энергия на преодоление сил сопротивления. Но это уже другая песня.

Т.к. шар движется, то какие-то "левые" молекулы находящиеся спереди он догонит и ударит своей подветренной стороной - это сопротивление воздуха. Атмосферное давление не учитываем, оно в уравнении самоудаляется (специально не пишу - везде одинаковое, понятно почему?)

Если шар не будет смотреть на землю, то он не сможет определить, движется он или не движется, где у него перед, а где - зад, где наветреная, а где подветренная сторона, потому что резиновая вата вокруг него относительно этого шара не движется. С какого же перепугу шару понадобится кого-то догонять?

Баланс энергии такой:

Энергия давления ветра на наветренную сторону шара = энергия затраченная на перемещение массы шара
+ энергия затраченная на преодоление сопротивления воздуха
+ энергия затраченная на создание волн (завихрений)

(вместо знака равно ставь "больше" или "меньше" и получишь ускорение или замедление)

Я ж говорил, лучше и не писать эти уравнения.

Да и потом, когда на шар со всех сторон давит одинаково, с чего он лететь будет?

Дык всё вокруг летит, и он как все, вместе со всеми... В метро в час пик зайди как-нибудь.

Задача для облегчения понимания: Две одинаковые машины едут с одинаковой скоростью по горизонтальной прямой. В одной машине водила весом 40 кг, а в баке всего 5 литров топлива. В другой машине 200 кг цемента в багажнике, в салоне пять человек по 100 кг каждый и полный бак. Затраты на трение, колеса и т.д. считаем одинаковыми. Расход топлива у машин будет разный или нет?

Если бы к обеим машинам привязать по воздушному шару, чтобы они плыли по воздуху, то расход топлива и скорость (после разгона) у них были бы одинаковые. То есть расхода топлива вообще бы небыло. А на земле расход будет разный, потому что трение у более тяжёлой машины больше, чем у лёгкой. Могу рассказать, что такое трение качения, раз вам в школе это не объясняли, хотя это будет оффтоп.

[Леха@velokiev]

Сообщение от M1605

Для начала представим такую картинку:

Отличная, супер понятная иллюстрация! Спасибо!

[skat]

Сообщение от lop

Дык всё вокруг летит, и он как все, вместе со всеми...

Т.е. шар зашел на вконтакт, почитал "мы все уже полетели" и решил "а я че, лох? тоже лечу!". Так? А че. Вполне современная модель мира, без напрягов :-)

Подводная лодка если выключит двигатель, уравновесится и попадет в течение тоже будет "вместе со всеми"? А если одна лодка обтекаемая, а другая нет, они будут одинаково плыть в течении?

Ладно, пошел я усиленно гуглить :-) Посмотрим, что в наши сети попадется :-)

[lop]

Это легко проверить на ближайшей речке: бросаешь предметы разной степени обтекаемости и смотришь, кто кого обгонит. Нужно только, чтобы эти предметы не сильно торчали из воды. Например, вырезаешь из картонки рыбку и звёздочку, и запускаешь их рядом с мостика, кто кого?

[Yeti]

Сообщение от lop

Дык всё вокруг летит, и он как все, вместе со всеми...

1. Есть планета Земля, в ее атмосфере находится Скат. Земля перемещается в пространстве со скоростью 29км/сек. Скат ничего не подозревает об этом, он находится в состоянии покоя. Шар тоже. Своим чувствам надо доверять)))

2. Автомобиль движется со скоростью 120 км/ч. В салоне летает муха, ее пох на скорость авто. Ее не плющит об заднее стекло авто, так как она в этой системе.

PS А слоны стоят на черепахе. Но это уже крамола, на ахтунг тянет.

[Юрий Крикунов]

Сообщение от lop

Это легко проверить на ближайшей речке: бросаешь предметы разной степени обтекаемости и смотришь, кто кого обгонит. Нужно только, чтобы эти предметы не сильно торчали из воды. Например, вырезаешь из картонки рыбку и звёздочку, и запускаешь их рядом с мостика, кто кого?

А еще проще положить разные предметы на транспортер.

[Шайтан]

Сообщение от M1605

Для начала представим такую картинку

Картинка замечательная! И в ней всё правильно!!!
Вот только какое отношение эта картинка имеет к машинке, движущейся по ветру быстрее ветра?
На картинке изображено устройство состоящее из трёх частей:
1. Парус, который движется со скоростью ветра.
2. Материальная точка на конце троса, которая движется быстрее ветра.
3. Якорь, который вообще неподвижен.
Ну и какова скорость всей системы вцелом?

Задача ведь в том, чтобы сделать машинку, которая ВСЯ будет ехать быстрее ветра. Понятно, что, например, верхняя точка любого колеса движется в два раза быстрее центра масс самого колеса (в том числе и по ветру). Ну и что с того? Вся машинка должна ехать быстрее ветра, а не какая-то её часть.

Сообщение от M1605

А теперь представим что в машинке из видеоролика на задней оси стоит примерно такой редуктор.

Давайте представим. По закону рычага во сколько раз червяк выигрывает в скорости у шестерёнки (червячного колеса), во столько же раз он проигрывает в силе. Никто не спорит, что пропеллер создаёт поток воздуха, движущийся с большой скоростью. Но хватит ли у этого потока воздуха мощности, чтобы скомпенсировать те потери, которые возникают от того, что колёса машинки вынуждены вращать этот пропеллер вместо того, чтобы просто катиться по земле (без потерь)? Откуда возникает дополнительная энергия. Ведь не от ветра же (рассматриваем тот момент, когда скорость машинки равна скорости ветра).

[rus-12]

А еще проще положить разные предметы на транспортер.

а еще проще встать на эскалатор в метро. и толстые и тонкие люди поедут одинаково =))

[IGGY]

Сообщение от rus-12

а еще проще встать на эскалатор в метро. и толстые и тонкие люди поедут одинаково =))

а если они колесико поставят на облицовку эскалатора, и через динамо-машинку запитают вентилятор. то пару минут проедут в чуть более комфортных условиях, обдувая свою харю. а если попытаются вентилятором ускориться... верю во всегомогущество выньсюрферов!!!

[rus-12]

нее. если они поставят вентилятор, а к вентилятору динаму, а электричество в тот же эскалатор, то эскалатор точно поедет быстрее без дополнительных затрат.

[DimaN]

Сообщение от lop

...Тут как-то недавно всплывала тема о движении чиста по ветру (фордаком) быстрее ветра. Там вымпельный ваще в харю дует.

Сообщение от lop

Ошибаешься. В харю дует не вымпельный, а встречный ветер. Но движение этого "дрозда" по ветру быстрее ветра происходит за счет ветра вымпельного, который возникает не где то там, а на лопастях пропеллера.
Доступными словами: каждая лопасть - это парус. По мере разгона "дрозда" парус сначала едет фордаком, обгоняя ветер (поэтому разгон сначала такой медленный), затем в бакштаг, потом в галфинд, потом - в бейдевинд и в конце концов - в самый крутой бейдевинд, какой только может. И в этот момент разгон "дрозда" прекращается, т.к. вымпельный ветер, его толкающий, обретает максимальную силу равную силе сопротивления движению.

[admif172]

Сообщение от rus-12

нее. если они поставят вентилятор, а к вентилятору динаму, а электричество в тот же эскалатор, то эскалатор точно поедет быстрее без дополнительных затрат.

От вентилятора эскалатор затормозится, но получим электричество, электричество разгонит эскалатор, но не до первоначальной скорости из-за потерь. Так что эскалатор точно не поедет быстрее.