Тележка против ветра, или Сильный шаман

[fregimus]

Размышления под сенью одной физической задачи для 8-го класса.

В useless_faq очень интересно решали очень интересную физическую задачку (кто хочет сам подумать — пока не смотрите, там сразу ответ):

Возьмем тележку с ветряком, приводящим в действие колеса, и направим ее против ветра. Сможет ли она двигаться против ветра? Какой максимальной скорости она достигнет? Нет ли здесь вечного двигателя: ведь, разгоняясь против ветра, тележка увеличивает скорость и относительно потока воздуха, а, значит, ветряк крутится еще быстрее…

Решение там есть в комментариях. По поводу собственно физики я могу написать здесь в комментариях, если вопросы будут — спрашивайте, пожалуйста, я с удовольствием отвечу. Но сейчас мне интересно поразмышлять не над задачей, а над тем, как ее решали. Интереснее почитать чужие ответы. Интуиция моментально подсказывает, что тележка не поедет. Чрезвычайно занятно, как ие здравый смысл играет с людьми злые шутки. Показательно количество немедленно ответивших, что если бы тележка поехала, то это нарушило бы закон сохранения энергии (в открытой-то системе!).

Ведь здравый смысл — продукт немыслительной части сознания, это готовый штамп, выдаваемый для быстрого разрешения ситуации. Здравый смысл помогает нам отскочить в сторону, когда на нас летит камень, так что без здравого смысла никуда. Если пытаться вычислить траекторию камня из физики, то никак не успеть — убьет! А с помощью здравого смысла мы знаем без вычислений, что он летит на нас. Это знание ниоткуда и поставляет система быстрого сопоставления ситуации с уже заученными ранее. Она же дает нам заземление в реальности (отпущенный предмет падает вниз — такое же знание).

Но вот при решении задач, вообще при научных занятиях это штука чрезвычайно вредная, с рельсов может свести моментально. Систематическое образование дает и умение, и привычку думать систематически. При размышлении над задачей, которой нет готового штампа-решения, здравый смысл будет выдавать неподходящие штампы, и их приходится ловить и отвергать, и успевать вовремя, пока они не заняли место решения. Висцеральное воззвание к закону сохранения энергии и воззвание к лесным духам — одно и то же.

Ум человека слабо приспособлен к строгому логическому поведению — оно не требуется в обычной жизни. Логика — это искуственная система, разработанная людьми, а вовсе не врожденное качество человеческого ума; ей надо учиться, иначе логического мышления и не появляется. Тем не менее, копирование логического мышления других есть возможно, с выработкой своей собственной логики, в пределе — «идентичной натуральной», то есть полноценно правильной системы мышления; логика постижима здравым смыслом, развивающимся среди логически мыслящих вслух соплеменников.

Возвращаясь к решению задачи, еще познавательно, как некоторые очень долго настаивали на своих заблуждениях, и, похоже, так и не позволили себя переубедить.

Удивительно (а почему это удивительно?), но один человек специально вернулся ответить, как он был неправ. Меня всегда удивляло желание очень многих выйти из спора любой ценой правым, а вот когда человек признает свои ошибки, да еще не под давлением, без выгоды, а просто пишет, что он был неправ и понял, где его ошибка, и ему было интересно понять, что он был неправ — вот такие редкие случай вызывает у меня жгучие пароксизмы респекта. А ведь это, казалось бы, должно быть нормой среди мыслящих.

А почему это такая редкость? Что думает некто, уперевшись насмерть в своей неправоте? Магическое заклинание мира? Например, «если я буду упорно стоять на своем, то реальность поменяется на такую, на какой я настаиваю — ведь я очень сильный шаман»? Вот интересно, ведь вы сталкивались с таким, и я тоже. Почему так делают?

Comments

вот. порадуйтесь.

[termometr.livejournal.com]

http://tchuev.livejournal.com/138119.html?thread=4741767#t4741767


http://tchuev.livejournal.com/138119.html?thread=4762247#t4762247

[darth-vasya.livejournal.com]

Ну, после такой наглядной демонстрации ты либо остаёшься очевидно неправ, либо признаёшь свою неправоту и оказываешься прав хотя бы в этом. Главное - осознать очевидность...

Содом и Гоморра

[darth-vasya.livejournal.com]

даже сверхсветовые скорости промелькнули...

Не осилил, но оценил!

[ara-che.livejournal.com]

Спасибо. Что называется, верю на слово потому как мало что понял (видимо, мой институтский трояк по физике победил школьную четвёрку).

Так неужели поедет?! Неужели сопротивление ветряка (я так понимаю, это типа крыльчатки, винта самолёта) ветру не будет равно силе этого самого ветра? [Прошу прощения за бытовые термины]

[captainl.livejournal.com]

Спасибо. Это очень интересно именно в плане хода рассуждений, а не самой задачи.

[captainl.livejournal.com]

То есть задача, конечно, тоже хороша, но мне интереснее были рассуждения.

[slobin.livejournal.com]

Про здравый смысл: большинство людей обычно хотя бы слышало, что парусные суда умеют ходить против ветра (слово "бейдевинд" знать не обязательно). Почему это не может служить подсказкой, что движение тележки по крайней мере не "очевидно" невозможно?

... Много ты поймёшь из полуслов! ...

[ex-clyde404.livejournal.com]

Я только не могу понять, отчего Вы в примере с канатом сказали, что тележка не сможет двигаться навстречу канату быстрее его скорости. Это, по-моему, неверно.

[janatem.livejournal.com]

Я бы поспорил с утверждением, что максимально возможная скорость тележки равна скорости ветра. В рассуждении с мощностью F*v = F1*v1 ошибка: скорость ветра относительно тележки равна v+v1, что приводит к (бессмысленному на первый взгляд) уравнению F*(v+v1) = F1*v1, откуда v+v1=v1. Несмотря на формальную бессмысленность, это уравнение имеет некоторый смысл: если учесть диссипативные силы, к F1 должно быть добавлено соответствующее слагаемое. Если оно может быть сколь угодно мало по сравнению с F, то получим, что и скорость тележки может быть сколь угодно велика.

Я прикинул, что получится, если в качестве двигателя использовать "скользящий парус" (сам придумал ;) это обычный плоский парус, который может скользить вдоль рельса, перпендикулярного направлению ветра), а также предположить, что сила трения F_т постоянна, то у меня получилось такое:
v1 = v*F*k/F_т, где k -- синус угла между направлением ветра и плоскостью паруса; k может быть сколь угодно близко к единице, а F зависит только от скорости ветра и площади паруса (правда, оно имеет другой смысле нежели введенное выше...).

Можно уточнять модель, учитывая свойства воздуха (тогда F будет более хитро зависеть от v и площади паруса, а также, возможно, от угла), но, думаю, все равно качественный ответ будет тем же.

[rickkinsky.livejournal.com]

Так понятно ж. Комплексы. Отказываясь от своей точки зрения, будто теряешь себя. А когда тебя так мало, не хочется терять себя хотя бы частично.
Признать свою ошибку может только тот, кто ощущает себя сильным.

Re: Не осилил, но оценил!

[sergeyr.livejournal.com]

Здравый смысл достаточно просто применить к этой задаче, представив себе яхту. С косым парусом. Ведь прётся против ветра!

[sergeyr.livejournal.com]

По самонаблюдениям, эффект следующий:
1. Если я признаю, что был неправ, то все прочитавшие/услышавшие будут знать, что я был неправ, что я могу ошибиться, и заподозрят что я дурак.
2. Если я буду настаивать, что я прав, то не все прочитавшие будут это знать, какая-то часть сама не разберётся в вопросе и будет думать, что я прав, а дураки - остальные.

[ex-clyde404.livejournal.com]

Да все проще. Сначала накапливаем энергию, потом флюгеруем ветряк - и вперед. Скорость ограничивается только несовершенством механизма, фундаментальных физических ограничений нет.

[janatem.livejournal.com]

Так нечестно: накопленный запас энергии кончится, и скорость упадет. А надо, чтобы процесс движения был постоянным.

[ex-clyde404.livejournal.com]

Повторим процесс: снова накопим и снова поедем. Механизм можно сконструировать под любую заранее заданную среднюю скорость.
Это говорит о том, что фундаментальных физических ограничений нет -> можно сконструировать и постоянно движущийся механизм, я тока пока не придумал, как.

Re: Не осилил, но оценил!

[levgem.livejournal.com]

Яхта не совсем против ветра прется. Она выскальзывает между килем и ветром. Т.е. если киль убрать, то все, кранты.

И если ветер будет дуть совсем в морду, то она не пойдет.

[levgem.livejournal.com]

вот это — да, хитрый ход =)

Но мне кажется, что стационарного процесса нет.

Re: Не осилил, но оценил!

[sergeyr.livejournal.com]

Да, она опирается на киль, как эта фиговина будет опираться на колёса (связанные с движителем).
И двигаться эта хрень будет потому, что, во-первых, лопасти будут наклонены к любому ветру, и, во-вторых, движителем и колёсами можно опереться относительно любого же направления ветра.

[levgem.livejournal.com]

Собственно, даже никаких намеков на ответ там нет =) А приведенный ролик — никакое не доказательство того утверждения, что тележка может двигаться вперед, против ветра. В ролике она движется _по_ ветру.

[levgem.livejournal.com]

А вот в комментах — да, ролик уже с правильным экспериментом, подтверждающим указанный факт. Впрочем, ответа все равно нет =(

Я сломался на выкладках по преобразованию скоростей, давления и т.п.

Re: Не осилил, но оценил!

[levgem.livejournal.com]

Ага. Я сначала зациклился на статической картине.

[ex-clyde404.livejournal.com]

Есть, в комменте в корне этой ветки. Просто пример не настолько очевидный, как с запасанием энергии.

Re: Не осилил, но оценил!

[ex-clyde404.livejournal.com]

Кстати под парусом, НЯЗ, можно идти против ветра быстрее ветра.

Re: Не осилил, но оценил!

[sergeyr.livejournal.com]

Тут дело даже не в динамике, а в конструкции. У парусника она весьма роста, а конструкцию этой фиговины вполне можно сделать так, чтобы она двигалась против ветра за счёт "расшвыриваия" ветра во все стороны.

Re: Не осилил, но оценил!

[levgem.livejournal.com]

Все равно у меня это плохо укладывается в голове. Я не вижу, как распределяется энергия и силы =(