Задача о "зависшем" вертолёте

87 2554

Простой вопрос для школьных учителей физики и преподавателей вузов, на который они не могут дать ответ. Задав этот вопрос своим преподавателям, Вы сможете проверить их на знание физики.

НЕ ПРОПУСТИТЕ ВТОРУЮ ЧАСТЬ, СТАТЬЮ "МОЩНОСТЬ. ГЛУПОСТЬ ШКОЛЬНОЙ ФИЗИКИ" - там продолжается разбор задачи про вертолёт, исходя из школьной физики.

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

А вопрос довольно простой:

Чему равна мощность и чему равен КПД двигателей вертолёта Ми-26 с взлётной массой 50 тонн, зависшего над Землёй?

Итак, мы смотрим с Земли на "зависший" над землей в одной точке вертолёт. И хотим с помощью школьной и даже вузовской физики узнать, чему же равны мощность и КПД (коэффициент полезного действия) двигателей вертолёта.

Дело в том, что, согласно многим учебникам по физике, школьным и вузовским, мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени N = A / t (см. статью "Мощность" в "Физической энциклопедии")

Из курса школьной физики известно, что работа A = F*S*cos(Alpha)

Когда мы рассматриваем эту задачу в ИСО Земли, то S = 0 (вертолёт не перемещается), следовательно, A = 0 и, соответственно N = 0.

Тогда получается, что и КПД = 0.

Вертолёт "завис" в воздухе

А теперь, допустим, что рядом с вертолётом спускается парашютист со скоростью V = 5 метров в секунду (предположим, этот парашютист - девушка Юлия, мой постоянный оппонент).

Мы вполне в состоянии привязать к ноге парашютиста Юлии вполне себе равноправную ИСО. Во всяком случае, так завещали нам великие общепризнанные гении от физики...

Один из основных принципов нынешней теоретической физики говорит о том, что все ИСО равнозначны. Об этом говорится и в школьных учебниках по физике, и в книге "Механика" Ландау-Лифшица, у Фейнмана в его "Фейнмановских лекциях по физике) и т.д.

Даже первый постулат (принцип относительности) у Эйнштейна для его СТО гласит: "Все законы природы инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета. Все физические, химические, биологические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково."

Если мы привяжем ИСО к ноге парашютиста, к ноге Юлии, то получим совершенно другую картинку: A = F*S*cos(Alpha)

F = 50 000 кг * 9,81 м/с^2 = 490 500 Ньютонов. Так как F = G - весу вертолёта F - сила тяги "зависшего" вертолёта во всех ИСО одинакова.

В ИСО парашютиста Юлии, вертолёт каждую секунду перемещается вверх на 5 метров, так как вертолёт относительно парашютиста перемещается со скоростью 5 м/с. Cos(Alpha) = 1, так как вертолёт в ИСО парашютиста перемещается в направлении действия подъёмной силы, создаваемой вертолётом.

Тогда A (которая совершается за одну секунду) = 490 500 Н * 5 м = 2 452 500 Джоулей и, соответственно N = 2 452 500 Ватт.

Вертолёт сжигает примерно 3100 кг топлива в час, т.е. 861 грамм в секунду.

Как мы видим, согласно школьных учебников физики, мощность двигателей вертолёта существенно возросла, хотя мы не приложили к этому никаких усилий и не израсходовали ни одного лишнего грамма дорогого авиационного керосина.

Еще более интересно рассмотреть мощность и КПД вертолёта в ИСО запущенной с Земли ракеты от комплекса ПЗРК "Игла" (переносной зенитно-ракетный комплекс, стоящий на вооружении ВС РФ), скорость которой относительно Земли равна 570 м/с. В ИСО ракеты ПЗРК "Игла" вертолёт будет "падать" со скоростью 570 метров в секунду...

Можно рассчитать мощность и КПД вертолёта в ИСО запущенного Солнцем нейтрино... скорость которого примерно равна 300 000 км/с.

Так как правильно в этом случае посчитать мощность и КПД вертолёта?

При решении аналогичной задачи, родившейся при обсуждении статьи Вопрос знатокам физики (№3), меня кинулся учить физике некто Евгений Заславский. Вообще надо признать, что количество полных остолопов, которые почему-то решили, что если они как-то обзовут меня в комментариях к этой статье, явно зашкаливает. Чуть ли ни каждый недоумок, почему-то решивший, что он - великий знаток физики, написали в комментах массу глупостей, соответствующих их умственному развитию - я не буду их повторять и комментировать. Но вот некоторые решили всерьёз подучить меня.

Евгений Заславский:

Не верь стереотипам [это так называется мой канал на Яндекс-Дзене], Ракета стоит на струе (или на мраморной колонне, вааще непринципиально), рядом спускается Юлия со скоростью 5 м/с (я ж не зверь, чтоб её со скоростью 7 м/с спускать). Вес ракеты - 100 кг. С точки зрения Земли - кинетическая энергия ракеты сейчас 0, через 1 сек - 0, работа 0 - 0 = 0, мощность - 0 / 1 = 0.

С точки зрения Юлии - кинетическая энергия ракеты сейчас - 1250 Дж, через секунду - 1250 Дж, работа 1250 - 1250 = 0, мощность 0/1 = 0.

Я ОТВЕТИЛ:

Евгений, садитесь, оценка - 2.

Согласно школьной физики A = F*S*cos(Alpha)

F (тяга) = 100 кг * 9,81 м/с^2 = 981 Ньютону (всегда, в любой ИСО)

С точки зрения Юлии:

S_ракеты = 5 м/с * t = 5 метров она прошла за секунду

cos(Alpha) = 1

A_ракеты за секунду = 981 Ньютон * 5 метров = 4905 Джоулей за каждую секунду.

Поэтому мощность ракеты с точки зрения Юлии (в ИСО Юлии на парашюте) = 4905 Ватт.

Мне, видимо, надо вызвать в школу Ваших родителей, чтобы они наняли Вам репетитора по физике.

---

Так как всё-таки правильно решить задачу о КПД и мощности двигателей "зависшего" вертолёта?

Чубайс уходит. Мишустин переподчинил Роснано

Свершилось то, чего граждане России ждали многие годы. Роснано, которую более 10 лет возглавляет Анатолий Чубайс, переходит в прямое подчинение правительству. Теперь это будет не просто очередная корп...

Американское миролюбие

Действующий президент США Дональд Трамп заявил, что хочет вывести все войска из Ирака и Афганистана до Рождества (то есть до 25 декабря). Аналогичное заявление сделал и недавно назначенный им новый ...

Читая веселого Роджерса

На вечернем шоу Соловьева годами «на манеже все те же» вещают все то же, но с небольшими вариациями текущего момента:«-- Ну, о чем говорить... Эрдоган-это голОва! Слушайте, что вы скаже...

Обсудить
  • Рассматривать "зависший" вертолёт относительно Земли - некорректно. Следует рассматривать относительно потока воздуха, который движется к Земле под воздействием лопастей. Насос, который перекачивает жидкость - тоже относительно Земли неподвижен. Но, тем не менее, работу этот насос совершает. И мощность этого насоса вполне реальная величина, отнюдь не равная нулю. Равно как и вентилятор, стоящий на полу.
  • A_ракеты за секунду = 981 Ньютон * 5 метров = 4905 Джоулей за каждую секунду. Поэтому мощность ракеты с точки зрения Юлии (в ИСО Юлии на парашюте) = 4905 Ватт. --------- Эта работа и мощность не ракеты, а двигателя. На ракету действует еще и сила тяжести, работу которой и компенсирует двигатель, поэтому суммарная работа с точки зрения Юли равна 0. Или по вашему если сила тяжести не расходует топливо значит и работу совершать не может?
  • И вот таких знатоков стало пруд- пруди
  • Это не физика, а лохотронщина какая то . "Висит" Правильно решать задачу в движущейся среде. Перемещается не вертолет, а массы воздуха, которые и удерживают вертолёт в одной точке. А вы формулируете задачу в стиле: шел дождь и два студента, один в пальто, другой в кино.... И да, в идеальной среде мощность двигателя 50 тонн.
  • А девушку Юлю намотает на лопасти вертолёта, ибо не проходила ТБ