На внутренней стенке закрытой банки, уравновешенной на чувствительных весах, сидит муха. Нарушится ли равновесие весов, если муха, покинув своё место, станет летать внутри банки?
Покинув стенку банки и держась в воздухе на неизменном уровне, муха давит крылышками на воздух с силою, равною весу насекомого; давление это передается дну банки. Следовательно, весы должны оставаться в том же положении, в каком были, когда муха сидела на стенке.
Если же, летая в банке, муха поднимается вверх или опускается вниз, то чувствительные весы должны покачнуться. При полете мухи вверх чашка опустится, а полет вниз вызовет подъем чашки.
Для анализа данной задачи нужно учесть законы физики, связанные с движением тела, взаимодействиями и равновесием.
Масса системы:
Масса всей системы, включающей банку, муху, воздух внутри банки и её крышку, остаётся постоянной. Это связано с тем, что ни муха, ни воздух, ни сама банка не теряют части своей массы, а система остаётся закрытой.
Принцип действия и противодействия (третий закон Ньютона):
Когда муха сидит на стенке банки, её вес передаётся на стенку. Эта сила вызывает реакцию со стороны банки, которая передаётся на весы, добавляя к общему весу системы.
Если муха начнёт летать внутри банки, её движение будет сопровождаться взаимодействиями с воздухом. Когда муха взмахивает крыльями, она оказывает давление на воздух, создавая поток, который, в свою очередь, оказывает реактивное воздействие на муху. Согласно третьему закону Ньютона, силы действия и противодействия равны и противоположны. Поэтому всё воздействие будет передано внутренним компонентам системы (банке и её воздуху).
Импульсы внутри системы:
Пока муха летает, её движение может менять распределение давления внутри банки. Однако система остаётся замкнутой, и любое изменение сил внутри банки компенсируется. Например, если муха летит вверх, она передаёт импульс вниз через воздух, который воздействует на дно банки. Таким образом, сила, действующая на весы, остаётся неизменной.
Равновесие весов:
Весы измеряют силу тяжести, действующую на всю систему. Вне зависимости от того, сидит муха на стенке или летает, её масса остаётся внутри банки, а взаимодействия мухи с воздухом не выходят за пределы системы. Следовательно, общая сила тяжести, приложенная к весам, остаётся неизменной.
Закрытость системы:
Поскольку банка закрыта, никакие внешние силы не вмешиваются в её работу. Если бы банка была открыта, движение мухи могло бы вызывать воздушные потоки, которые могли бы передать часть импульса за пределы системы, что могло бы изменить показания весов. В случае закрытой банки этого не происходит.
Итак, в теоретическом плане, движение мухи внутри закрытой банки не нарушает равновесие весов, так как масса системы и передача сил полностью остаются внутри неё, а вес определяется именно массой системы и силой тяжести.
Пожауйста, оцените решение
