быстрее ветра

[avva]

Можно ли создать средство передвижения, которое движется только силой ветра, по направлению ветра, и при этом быстрее, чем ветер?

Если убрать условие "по направлению ветра", то известно, что можно. Например, парусная лодка может разогнаться быстрее ветра, если она движется под углом к ветру (и парус стоит под углом). Но если она движется точно по ветру, то ничего не выйдет, она будет плыть медленнее ветра.

Так можно ли? Казалось бы, совершенно очевидно, что это невозможно. Ведь если скорость аппарата сравнялась со скоростью ветра, откуда он получает дополнительную тягу, чтобы ее перерасти?

Создатели этого видео (по-английски - увы, русского перевода у меня нет, но там главное - не слова, а демонстрация) утверждают, что это возможно, и что они это сделали.

В главном своем эксперименте они ставят придуманную ими тележку на беговую дорожку, чтобы иметь возможность поддерживать постоянную скорость. При обычном движении воздух движется относительно земли, а тут - эквивалентным образом - "земля", т.е. дорожка, относительно воздуха в комнате. При такой смене системы отсчета тележка, стоящая на дорожке неподвижно относительно комнаты, соответствует тележке, едущей ровно со скоростью ветра; но их тележка еще и движется немного против движения дорожки - т.е. "быстрее скорости ветра".

Вокруг этого видео в последние несколько недель разгорелись долгие дискуссии и флеймы во многих местах; вот несколько ссылок, каждая из которых ведет на несколько сотен комментариев: BoingBoing, GoodMath (запись начинается с интересного апдейта), randi.org. Я не прочитал все из них, конечно, но я прочитал какую-то часть, и, в общем, просветления не получил. Кажется, по большей части люди приходят к выводу, что все-таки это возможно и что устройство из видео это демонстрирует (не подделка, не ошибка эксперимента, итд.), но объяснений того, как это происходит и почему возможно, набросали десятки разных, противоречащих друг другу; объяснения, которое действительно прояснило бы мне, что тут происходит, я пока не увидел.

Почему такое возможно? И - действительно ли возможно?

Comments

[avva.livejournal.com]

Нет. Колеса движутся относительно земли, и вращают пропеллер.

[yurilax.livejournal.com]

Откуда, всё-таки, берётся дополнительная сила для ускорения тележки сверх скорости попутного потока? От колёс? То есть это колёса служат временным двигателем для прохождения "критической точки", когда скорость воздушного потока относительно пропеллера меняет свой знак? А после смены знака - опять в игру включается пропеллер? Меня интересует именно механизм преодоления этого "вертяного барьера" - по инерции его не пролетишь, у ускорения инерции не бывает.

PS: Кстати, вы не знаете, при смене направления потока - не должен ли пропеллер начать вращаться в другую сторону?

[kobak.livejournal.com]

Откуда, всё-таки, берётся дополнительная сила для ускорения тележки сверх скорости попутного потока? От колёс?

Да.

А после смены знака [скорости воздушного потока относительно пропеллера] - опять в игру включается пропеллер?

Нет. После обгона ветра колеса крутят пропеллер, пропеллер ускоряет тележку.

Тут уже в нескольких тредах есть хорошие объяснения, можете посмотреть.

[yurilax.livejournal.com]

Но что разгоняет колёса? Только не говорите "пропеллер", а то получится циркулярность.

В видео с беговой дорожкой колёса разгоняла именно дорожка, постоянно прикладывая к ним силу, а колёса, в свою очередь, вращали пропеллер, который создавал suction, как в аэроплане.
Если дорожку убрать, к колёсам больше никакая внешняя сила не прикладывается, помимо крутящего момента пропеллера, который должен стремиться к нулю по мере достижения тележкой скорости попутного ветра.

[kobak.livejournal.com]

Ну да, проппелер. Что именно плохого в этой "циркулярности"? Это называется положительная обратная связь.

[yurilax.livejournal.com]

Непонятно откуда берётся энергия на эту положительную обратную связь.

[kobak.livejournal.com]

К сожалению, я не понимаю, что Вам непонятно.

Вы считаете, что тележка на дорожке не поедет в сторону, противоположную дорожке? Вы считаете, что тележка на шоссе не разгонится до скорости ветра? Вы считаете, что тележка, которая уже разогналась до скорости ветра, не эквивалентна тележке, которая неподвижно стоит на дорожке?

Или Вы верите, что всё работает, но не понимаете почему?

[yurilax.livejournal.com]

Вы считаете, что тележка на дорожке не поедет в сторону, противоположную дорожке?
Поедет, конечно, это же как две шестерни или "faster than the ruler".


Вы считаете, что тележка на шоссе не разгонится до скорости ветра?
Считаю, что приблизится к скорости ветра, но пока не вижу, как она может её превысить: по мере достижения скорости ветра, крутящий момент пропеллера, передающийся на колёса, должен стремиться к нулю.

Вы считаете, что тележка, которая уже разогналась до скорости ветра, не эквивалентна тележке, которая неподвижно стоит на дорожке?
Мне кажется, что не эквивалентна. Дорожка прилагает постоянную силу к колёсам, которая преобразуется в крутящий момент пропеллера, который, в свою очередь, засасывая воздух, даёт тележке дополнительное ускорение.
На асфальте же к колёсам прилагается только сила трения, которая пытается их замедлить, а не разогнать, как на дорожке. И если ещё с этих колёс снимать некоторое количество энергии для создания suction пропеллером, то они довольно быстро должны будут замедлиться. Наоборот, не замедляются они лишь потому, что им передаёт энергию пропеллер, в свою очередь получающий энергию от ветра.

Или Вы верите, что всё работает, но не понимаете почему?
Блажен, кто верует, но мне бы доказательств... :) Вот, пытаюсь понять - работает ли это или нет, и почему. Пока что не вижу доказательств того, что это может работать.

[kobak.livejournal.com]

Хорошо, Вы согласны с первой и второй посылками (если пренебречь трением, то тележка может разогнаться ровно до скорости ветра). Если Вы согласитесь с посылкой номер три, то искомое утверждение будет следовать автоматически.

Я утверждаю, что тележка, которая стоит на дорожке неподвижно относительно комнаты, абсолютно эквивалента тележке, которая едет по шоссе ровно со скоростью ветра. Это называется принцип относительности Галилея. Все рассуждения, которые Вы приводите на этот счет, носят вторичный характер (я даже в них вникать не хочу)! Если перейти в систему отсчета, связанную с дорожкой, то неподвижная относительно комнаты тележка превратится в тележку, едущую со скоростью ветра. Вот и всё.

Найти изъян в Ваших рассуждениях более трудно, потому что Вы рассуждаете в неудобной системе отсчета.

И если ещё с этих колёс снимать некоторое количество энергии для создания suction пропеллером, то они довольно быстро должны будут замедлиться

Ну вот нет. Собственно, в ситуации без трения тут фактически вообще никаких ограничений нет: энергию ветра (т.е. относительного движения воздуха и земли) можно считать бесконечной.

[yurilax.livejournal.com]

Да, системы _отсчёта_ у тележки на асфальте и у тележки на дорожке одинаковы, не об этом речь. Речь о поступлении энергии в систему. И о том куда и как приложены силы. Тут, как мне кажется, системы приципиально отличаются.

Ну вот нет. Собственно, в ситуации без трения тут фактически вообще никаких ограничений нет: энергию ветра (т.е. относительного движения воздуха и земли) можно считать бесконечной.
При чём тут ветер? У нас же ветра уже нет - мы достигли скорости попутного ветра и теперь пытаемся разогнаться в стационарном воздухе с помощью тяги пропеллера, приводимого в движение колёсами.
В сценарии с дорожкой, энергия, передаваемая пропеллеру для создания дополнительной тяги, поступает от этой самой дорожки, т.е. через ленту от её электромотора.
А вот в сценарии с асфальтом - если мы отбираем энное количество энергии с колёс для вращения пропеллера и создания тяги, откуда мы получаем это энное количество энергии, чтобы избежать остановки? От тяги того самого пропеллера? Циркулярность?

[kobak.livejournal.com]

Ладно, мне кажется, мы начинаем ходить по кругу, поэтому я вынужден откланяться. По-моему, из Вашего первого абзаца следует, что Вы не совсем понимаете смысл принципа относительности. Вас не удивляет, например, что если перейти в систему отсчета, связанную с ветром, то в ней Земля будет двигаться? Вся Земля будет двигаться, все 5*10^24 кг! И ничего, никаких проблем с "поступлением энергии в систему" тут нет.

откуда мы получаем это энное количество энергии?

Это количество энергии мы получаем от движения Земли. Повторяю, об этом проще рассуждать, если перейти в систему отсчета, связанную с тележкой (т.е. представить себе вариант с дорожкой). Если Вы упорно не хотите этого делать, то рассуждать оказывается более трудно и менее интуитивно.

[yurilax.livejournal.com]

Прицип относительности применим к инерционным системам отсчёта, мы же с вами пытаемся понять процесс ускорения тележки. Ну да ладно, может, я и правда что-то недопонимаю.
Но если вы всё понимаете, то по принципу относительности, должны всё понимать в любой инерционной системе отсчёта, включая меня, стоящего у дороги, по которой едет тележка. :)
Так объясните мне, будьте добры, как вы видите себе процесс разгона тележки.
Вот, дует ветер, 10 м/с. Мы отпускаем тележку, ветер начинает вращать пропеллер, тот передаёт крутящий момент на колёса, тележка начинает разгоняться. Что происходит по мере приближения скорости тележки к скорости ветра? И за счёт чего она эту скорость преодолевает.
(Например, "при 10 м/с пропеллер перестаёт вращать колёса, и начинает сам быть вращаем ими, создавая дополнительную тягу"...)

[kobak.livejournal.com]

Ну, иногда что-то гораздо легче понять в определенной системе отсчета, а в другой -- трудно. Я признаю, что из Вашей системы отсчета ситуация выглядит менее интуитивной. Поэтому лично я рассуждаю так: сначала ветер крутит пропеллер, тележка разгоняется до скорости ветра. Тут я перехожу в систему отсчета тележки: в ней воздух неподвижен, дорога движется, колеса крутятся и пропеллер дает дополнительный импульс. Таким образом тележка преодолевает скорость ветра.

Как так же ясно представить эту картинку из Вашей системы отсчета -- я не знаю. Но приведенное Выше объяснение меня устраивает. Всё это анти-интуитивно, но что поделаешь.

С другой стороны, см. опять же ролики со зверями. Линейка (ветер) движется, а тележка едет быстрее. Процесс разгона тележки до скорости ветра соответствует, наверное, постепенному прижиманию линейки, или чему-нибудь в этом духе. Тут-то вроде бы уже всё понятно: тележка едет быстрее линейки, скорость ее определяется только геометрией механизма. Может быть, так и надо рассуждать? Ветер заданной скорости может раскрутить данный пропеллер до определенной скорости вращения. Это вращение передается колесам, и передачу можно устроить так, что колеса будут крутиться быстрее ветра.

Никакой "дополнительной тяги" в таком рассуждении нет. Это даже проще получается.

[yurilax.livejournal.com]

Тут я перехожу в систему отсчета тележки: в ней воздух неподвижен, дорога движется, колеса крутятся и пропеллер дает дополнительный импульс.

Мне кажется, тут всё же присутствует различие между асфальтом и дорожкой - скорость дорожки постоянна и поддерживается внешней силой (электромотором). Скорость же асфальта зависит от скорости тележки и уксоряется или замедляется вместе с ней.

Кстати, а что, если убрать пропеллер вообще! Вот, возьмём тележку без пропеллера и катнём её по очень длинной стационарной дорожке. Что случится? Тележка остановится - сила трения и т.п.
А что будет, если мы теперь включим беговую дорожку и поставим на неё тележку? Тележка будет "ехать" по этой дорожке до бесконечности. Не значит ли это, что движущаяся беговая дорожка придаёт колёсам дополнительный импульс, который, во-первых, нейтрализует силу трения, а во-вторых может быть использован для вращения пропеллера, создания эл. напряжения, питания лампочки, и т.п. _без_ потери скорости тележки. На стационарной дорожке такого не получится.

[kobak.livejournal.com]

Простите, но вот сейчас стало абсолютно ясно, что Вы как-то неверно понимаете принцип относительности.

скорость дорожки постоянна и поддерживается внешней силой (электромотором). Скорость же асфальта зависит от скорости тележки и уксоряется или замедляется вместе с ней

Первое. Скорость дорожки *относительно комнаты* постоянна! А относительно тележки -- меняется!

Вот, возьмём тележку без пропеллера и катнём её по очень длинной стационарной дорожке. Что случится? Тележка остановится - сила трения и т.п. А что будет, если мы теперь включим беговую дорожку и поставим на неё тележку? Тележка будет "ехать" по этой дорожке до бесконечности.

Второе. Ну конечно же нет! Если есть трение, то тележка быстро "остановится" относительно дорожки, то есть относительно комнаты будет ехать вместе с дорожкой.

[yurilax.livejournal.com]

Второе. Ну конечно же нет! Если есть трение, то тележка быстро "остановится" относительно дорожки, то есть относительно комнаты будет ехать вместе с дорожкой.

Может вы и правы, почему-то мне показалось, что сцепка дорожки с колёсами при достаточном коэффиценте трения будет достаточна, чтобы колёса вращались со скоростью дорожной ленты.
Уже устал, голова плохо соображает, пора отдохнуть. :)

[kobak.livejournal.com]

Поэтому лично я рассуждаю так: сначала ветер крутит пропеллер, тележка разгоняется до скорости ветра. Тут я перехожу в систему отсчета тележки: в ней воздух неподвижен, дорога движется, колеса крутятся и пропеллер дает дополнительный импульс. Таким образом тележка преодолевает скорость ветра.

Эти мои слова -- полная чушь.

Авва, я был совершенно неправ! От нулевой скорости до скорости ветра тележка разгоняется под действием того, что ветер толкает всю тележку как парус. Пропеллер при этом не может быть непосредственной движущей силой, потому что он вращается НЕ В ТУ СТОРОНУ. Это совершенно ясно, если задуматься хотя бы на одну минуту, так что стыдно, что я сразу этого не понял. Пропеллер связан с колесами тележки так, чтобы отбрасывать ветер назад. То есть он работает ПРОТИВ ветра.

Очень советую Вам посмотреть на обсуждение в science_freaks. Там есть два человека, которые замечательно всё это объясняют: aldor и ice_blackwell. Даю ссылки на мои разговоры с ними, но можно в приниципе и весь тред просмотреть.

http://community.livejournal.com/science_freaks/1106853.html?thread=27104933#t27104933 (не пропустите там в самой глубине один комментарий aldor, свернутый)

http://community.livejournal.com/science_freaks/1106853.html?thread=27105189#t27105189

Очень рекомендую прочесть, для меня это многое прояснило.

[avva.livejournal.com]

Я это так и понимал (по крайней мере последние несколько дней, уже не помню, что я думал в первый день). Тот же ice_blackwell мне хорошо объяснил многое в моей записи в сообществе fiziki.

пропеллер => парус

[yurilax.livejournal.com]

Я утверждаю, что тележка, которая стоит на дорожке неподвижно относительно комнаты, абсолютно эквивалента тележке, которая едет по шоссе ровно со скоростью ветра.

Кстати, а как вы думаете, если заменить пропеллер парусом, останутся ли эти два сценария эквивалентными? То есть, взять тележку, поставить на неё парус и разогнать до скорости ветра - скажем, 10 м/с. Будет ли та же тележка неподвижно стоять на беговой дорожке, едущей со скоростью 10 м/с?

[kobak.livejournal.com]

Если нет трения? Ну да, конечно, будет стоять неподвижно. Куда она денется.