Физическая задачка.

На земле лежит груз (невесомый диск, диаметром D).
На диске сидит вертолет.
Вертолет и груз связаны веревкой длиной L, так, что груз всегда находится в горизонтальной плоскости
Вертолет свободно взлетает вертикально вверх до момента натяжения веревки с изменение вертикальной координаты H от 0 и до L.
L - длина веревки.

Параметры вертолета:
- вес G;
- сила тяги винта на расстоянии 0 равна F;
- сила тяги винта на расстоянии H=D равна 0.3*F;

ВопросЫ:
1. Есть ли есть ограничение на длину L веревки для взлета и почему?
2. Какой длины L должна быть веревка от вертолета до груза, чтобы вертолет смог его оторвать от земли?

P.S.
Пренебрегаем присасыванием груза к земле и другими малостями.

Извиняюсь неточная формулировка в условии:
- сила тяги винта равна F;
- сила воздушной струи от винта на расстоянии H=D линейна и равна 0.3*F;

1. нет никаких, но чуть меньше потолка вертолета
2. любой, но чуть меньше потолка вертолета

с одной стороны если веревка свита из волокон унбинилия и унбигексия, то она очень тяжелая, а грузоподъемность вертолета конечная и длина веревки ограничена тягой.

с другой стороны все это не имеет значения, так как невесомый диск экранирует гравитацию земли и веревка тоже ничего не весит как и сам вертолет.

Раз груз невесомый, то [2] абсолютно справедливо.

невесомый только груз.
но груз висит на неневесомой веревочке

поэтому лимит длины веревки есть.
а значит и лимит высоты есть если веревка не волшебная и не растягивается в крайнем метре, оставляя всю бухту на земле.

а невесомый диск здесь только для отвода внимания.

> [0] Jeer ©   (25.04.17 03:23)
> На земле лежит груз (невесомый диск, диаметром D).

Какой жк это груз, если он невесомый на поверхности Земли, значит и массы у него тоже нет.

> Inovet ©   (25.04.17 09:49) [7]

масса вполне может быть. просто его плотность и объем могут быть такими, что он имеет нулевую плавучесть в воздухе, т.е. быть невесомым

я бы по-иному сформулировал задачу:

Взлетит ли вертолет с одновинтовой схемой, если к его шасси, параллельно плоскости вращения винта, прикручен диск, диаметром равным диаметру винта. Массой диска пренебречь, жесткость диска абсолютная. Тот же вопрос для вертолета с двухвинтовой соосной схемой.

>  прикручен диск, диаметром равным диаметру винта.

неточная, формулировка, но, думаю, понятно, что центры совпадают.

словно это имеет какое-то значение вообще

> [8] kilkennycat ©   (25.04.17 10:00)
> что он имеет нулевую плавучесть в воздухе

Тогда вес и отрицательный может быть.

Реинкарнация задачи про самолёт на траспортёре. Следующая должна быть про звездолётэ

Предположим, что веревка как бы отрицательной длины. Такая, что диск находится непосредственно под винтом. Другими словами между вертолетом и винтом. Диаметр диска значительно больше диаметра винта. Взлетит?

а если непосредственно над винтом?

а если вместо вертолета велосипед?
а если трехколесный?
а если с брызговиками но без катафотов?

> rrrrr ©   (25.04.17 12:55) [16]

да ты философ

> rrrrr ©   (25.04.17 09:43) [5]
> невесомый только груз.
> но груз висит на неневесомой веревочке


Тогда условие некорректно. На фиг все параметры вертолета выкинуть и добавить параметр - вес веревки.

> - сила воздушной струи от винта на расстоянии H=D линейна
> и равна 0.3*F;


При чем тут D?

> manaka ©   (25.04.17 13:08) [19]
> При чем тут D?

как причем? при диаметре диска (D) примерно 5 км, тяга вертолета составит треть.

Короче - незачет.

Вертолет приклеен к диску, расположенному на земле.
Пусть диаметры диска Dd и винта Dv равны или Dd >> Dv.
Взлетит или нет?

> [21] Jeer ©   (25.04.17 23:50)
> Пусть диаметры диска Dd и винта Dv равны или Dd >> Dv.

1. Взлетит
2. Экранирование будет, но тоже должен взлететь - подъёмная сила всё равно остаётся.

Ну-ну.. еще жду глубокий анализ.

А какой ещё глубокий, дальше конкретика, реальный вертолёт не расчитан на такие условия, как в 2.

не взлетит. пилот увидел диск, сказал: -ну вы и ...
и ушел.

пилот приклеен к табуретке.
табуретка дома.
никто просто не придет взлетать.

ps задачка вери ступид

кстати причем здесь веревка и ее длина если ветролет приклеен к диску?

ps вот что бывает когда вместо мозга вибрейки

Вертолет приклеен к диску, расположенному на земле.

а подъемная сила крыла - это разность давления сверху и снизу крыла/лопасти
сразу сверху и сразу снизу.

и это не реактивная тяга

> ps задачка вери ступид

Очередная ветка "угадайте, что я загадал" :)

> Пренебрегаем присасыванием груза к земле и другими малостями.

Площадь "диска" тоже равна нулю? масса веревки, тоже равна нулю? упругостью веревки тоже пренебречь? Углом наклона вертолетного винта к поверхности диска при "отрыве" пренебречь? Вертолет разрубленный диском пополам нам нужен?

> Jeer ©   (26.04.17 00:21) [23]

Вертолет с приклеенным к нему диском есть цельная система. Понятно, что никакие внутренние силы (то есть, струя воздуха, бьющая от винта в диск) привести эту систему в движение не могут.

Но эта же струя будет обтекать диск и уходить за пределы системы, создавая уже внешнюю силу реакции. И если вертикальная составляющая этой силы реакции больше, чем сила тяжести системы, то система взлетит, а если меньше - то не взлетит.

Вот и весь "глубокий анализ".

>Юрий Зотов ©   (26.04.17 14:09) [31]
>Вертолет с приклеенным к нему диском есть цельная система.

Более  того, поскольку по условию диск не приклеен, а привязан, то соединение гибкое и диск будет отклоняться от горизонтали винта, т.к. поток воздуха от винта обтекает корпус вертолета неравномерно. Поэтому обтекать этот диск потоку будет проще. В идеале он вообще развернет этот диск перпендикулярно плоскости винта.
Парусность диска при таком соединении тоже влиять будет несильно.
Вот если бы он был закреплен как парашют, только снизу, тогда да, создавалось бы дополнительное давление от струи воздуха от винта вниз, но явно преодолимое, ну и сопротивление воздуха играло бы роль, что влияло бы на скорость подъема.

С самолетом и транспортером сравнивать некорректно. И там и там подъемная сила создается путем создания разницы давления от набегающего на крыло (винт) потока воздуха. Но транспортер теоретически не дает создаваться этому потоку, а диск никоим образом этому не мешает.

> но транспортер теоретически не дает создаваться этому потоку,

а практически ничем не препятствует

> Сергей Суровцев ©   (26.04.17 16:37) [32]

1. См. [0] и [21].

2. Транспортер нисколько не мешает созданию горизонтальной тяги (при любом типе двигателей самолета). Поэтому самолет начнет разгоняться (только за счет движения транспортера колеса самолета будут крутиться быстрее, чем обычно). И когда скорость самолета относительно окружающего воздуха достигнет нужной, он взлетит.

Вот и весь "глубокий анализ".
:o)

> Юрий Зотов ©   (26.04.17 17:14) [34]

транспортер помогает взлететь, так как увлекает какую-то часть воздуха за собой. микроскопическая помощь, но всеж.

Короче - нет туть физиков, одни балаболы.

> Jeer ©   (27.04.17 02:41) [36]

Так какое же правильное решение?

Юрий Зотов ©   (27.04.17 03:24) [37]

Юр, "правильное" решение связано с дистанцией от винта и до тела под винтом и его аэродинамическим сопротивлением + "сила" от винта.
P.S.
Для большегрузных вертолетов есть специальные таблицы:
- высота над ур. моря;
- омываемая поверхность груза;
- дистанция от груза до вертолета.

"Груз" может быть невесомым - важно аэродинамическое сопротивление.

>Юрий Зотов ©   (26.04.17 17:14) [34]
>(только за счет движения транспортера колеса самолета будут крутиться быстрее, чем обычно)

Только если пренебречь трением на оси. А этого в условии не было.

> Для большегрузных вертолетов есть специальные таблицы:

Забавно. условие задачи поставлено так, что даже не намекает на табличное решение, а наооборот, на некую прям формулу для всех случаев жизни.

>Jeer ©   (27.04.17 09:00) [38]
А чем тогда не подошло [32]?

отличный физик я считаю. хоть и на велосипеде.

в правильном ответе все дело оказывается в аэродинамическом сопротивлении диска,

а в загадке вопросы - про длину веревки которой сначала привязан диск.
при том что оказывается диск не привязан веревкой, а приклеен к вертолету.

> Сергей Суровцев ©   (27.04.17 09:32) [41]
> А чем тогда не подошло [32]?

потому что это сказал балабол, а не физик
а настоящий физик в [38]

> rrrrr ©   (27.04.17 09:45) [42]
отличный физик я считаю. хоть и на велосипеде.

сейчас нас переведут из балаболов в другую категорию.

интересно, а как реальный вертолет узнаёт,

что та земная твердь, на которой он стоит в момент взлета
не является тем самым экранирующим и сопротивляющимся диском?

сразу после отрыва - оно понятно. земля же не привязана веревкой.

но вот точно (тютя-в-тютю) в момент когда он вот вот еще на земле,
(и за наносекунду до этого)
но уже чуть начал тянуть вверх?

> rrrrr ©   (27.04.17 09:52) [45]

тут влияют кванты и кот Шредингера.
есть 4 состояния вертолета:
не взлетел,
то ли взлетел, то ли не взлетел,
взлетел,
грохнулся.

и переход из одного в другое только скачком и в присутствии наблюдателя.
каким боком тут веревка - я пока не определился.

ну и наверное надо добить.

каким бы круглым и большим диск не оказался
сопротивляться движению вверх он НЕ может в неподвижном состоянии.
аеросопротивление пропорционально скорости подъема этого диска.

так что оторваться от земли он ветролётику никак не помешает.
и весь вопрос сводится только к итоговой скороподъемности летака.

он взлетит по любому, но (возможно) климбиться будет медленне чем порожний.

привет трехколесным инштейнам.

> Сергей Суровцев ©   (27.04.17 09:18) [39]

> Только если пренебречь трением на оси. А этого в условии не было.

А еще есть проскальзывание колес, давление в них, ветер, дефекты колес и ленты, погодные условия, а также еще три миллиона факторов, которых в условии не было. И если бы они были, то задача стала бы нерешаемой. Как и почти все (если не вообще все) физические задачи.

Мы практически всегда решаем не полную физическую задачу, а лишь ее приближение, математическую модель. Именно из-за тех самых трех миллионов факторов, учесть которые мы не в состоянии. Поэтому, формулируя математическую постановку задачи, надо уметь отбрасывать несущественные факторы. Кстати, это - одна из сторон инженерного искусства.

И скажите мне на милость - если колеса не проскальзывают по ленте, то каким образом трение на оси влияет на скорость их вращения?

Никаким. Это - элементарная школьная кинематика. Линейная скорость колеса в точке ее касания с лентой равна сумме скоростей самолета и ленты транспортера относительно земли. Делим эту линейную скорость на радиус колеса - получаем его угловую скорость. Хоть есть трение на оси, хоть его нет.

>  если колеса не проскальзывают по ленте

и еще обалденное трение в оси, то мы получим вертолет с приклеенным диском, т. е. самолет взлетит, но с транспортером.

> Jeer ©   (27.04.17 09:00) [38]

"Правильное" решение связано с дистанцией от винта и до тела под винтом и его аэродинамическим сопротивлением + "сила" от винта.

Именно это я и написал в [31]. Если вдуматься.

Или надо формулы расписать? Специально для физиков.

>Юрий Зотов ©   (27.04.17 10:54) [48]
>Поэтому, формулируя математическую постановку задачи, надо уметь отбрасывать несущественные факторы.

Да, только желательно при этом не отбрасывать существенные.

>И скажите мне на милость - если колеса не проскальзывают по ленте, то каким образом трение на оси влияет на скорость их вращения?

Самым непосредственным образом. Если трения на оси нет, то мы рассматриваем 2 независимые системы - колесо и самолет. А если есть, то они представляют собой одну общую систему.
В случае если трения нет, то самолет в состоянии покоя при движущемся транспортере будет стоять на месте, а колеса крутиться.
В случае если трение есть, то самолет в состоянии покоя при движущемся транспортере будет ехать в сторону движения транспортера со скоростью движения транспортера, а колеса крутиться не будут.

Сергей Суровцев ©   (27.04.17 11:39) [51]

Если не трудно, давай не гальванизировать труп самолета на транспортере. Оффтопик же.

> В случае если трения нет, то самолет в состоянии покоя при
> движущемся транспортере будет стоять на месте, а колеса
> крутиться.

> В случае если трение есть, то самолет в состоянии покоя
> при движущемся транспортере будет ехать в сторону движения
> транспортера со скоростью движения транспортера, а колеса
> крутиться не будут.

Блестяще! А это ничего, что у самолета двигатели работают?

> Юрий Зотов ©   (27.04.17 12:53) [53]
> Блестяще! А это ничего, что у самолета двигатели работают?

от них на колеса (в 99%) привода нет :))

Для физиков.

======================

m - масса вертолета (+ веревка + груз);
g - ускорение свободного падения;
F - подъемная сила винта;
S - мидель груза (площадь его проекции на горизонтальную плоскость);
С - аэродинамический коэффициент груза при обтекании падающим потоком;
d - плотность воздуха;
V - вертикальная скорость воздушной струи при ее набегании на груз.

======================

Струя от винта набегает на груз и создает аэродинамическую силу A, которая действует на груз и направлена вниз. Из аэродинамики известно, что:

A = C*S*d*V^2 / 2;

Эта же сила A через веревку (или клей) приложена к вертолету. Кроме того, к нему приложены сила тяжести и подъемная сила винта. Результирующая сила R будет рaвнa:

R = F - m*g - A;

И все. При R>0 взлетаем, при R<=0 - не взлетаем.

PS
Сергей, эта задачка тоже для детского сада. Давай что-нибудь посерьезнее. Тем более, что завтра пятница.

> [48] Юрий Зотов ©   (27.04.17 10:54)
> Как и почти все (если не вообще все) физические задачи.

Вот! А ещё менее решаемы химические, а ещё менее биологческие. Но все они решаются в вычисляемой погрешности в рамках одной из теорий (не из тех, про инопланетян и других всевышних существ), которая всего лишь подходит для исследования.

Я переформулирую инженерную задачу в фмзическую.

К шасси вертолёта приклеен диск диаметром D, какую максимальную скорость сможет развить вертолёт, если диаметр его винта d такой, что d << D, и сила тяги пропорциональна массе вертолёта. Диск находится на поверхности Земли. Вес диска считать равным нулю, пренебречь присасыванием и прочими несущественными эффектами. Ответ выразить в м/с.

А вообще, ни груз, ни веревка, ни клей даже и не нужны. Выбрасываем их из задачи - и остается только один самый обычный вертолет, корпус которого отлично выполняет роль груза.

Задача свелась к тривиальной.
:o)

> Inovet ©   (27.04.17 17:47) [57]
Диск находится на поверхности Земли.

Эверест тоже поверхность Земли ;)

> Юрий Зотов ©   (27.04.17 17:59) [58]
> Задача свелась к тривиальной.

она никогда не сведется к тривиальной из-за кучки эффектов при обтекании воздухом корпуса(ов).

> [60] Kilkennycat ©   (27.04.17 18:02)
> при обтекании воздухом корпуса

Подскахака: максимально возможная скорость сферического вертолёта в вакууме.

>Inovet ©   (28.04.17 07:21) [61]
>Подскахака: максимально возможная скорость сферического вертолёта в вакууме.

Ноль.

>Юрий Зотов ©   (27.04.17 12:53) [53]
>Блестяще! А это ничего, что у самолета двигатели работают?

Абсолютно не играет роли. Потому что: ... (но Игорь просил без оффтопа) ))

>Юрий Зотов ©   (27.04.17 17:59) [58]
>А вообще, ни груз, ни веревка, ни клей даже и не нужны.

От длины веревки как раз все и зависит. Чем она длиннее, тем больше струя воздуха от винта рассеивается и тем меньше она влияет на диск.

>  Сергей Суровцев ©   (28.04.17 11:15) [63]

> >Юрий Зотов ©   (27.04.17 12:53) [53]
> >Блестяще! А это ничего, что у самолета двигатели работают?

> Абсолютно не играет роли.

Ну что ж... если двигатели роли не играют, то ответ однозначен - не взлетит.

Если они не работают, то не взлетит потому, что без двигателей еще ни один самолет не взлетел.

А если они работают, то не взлетит потому, что они, оказывается, роли не играют.

Значит, не взлетит в любом случае.

> [64] Юрий Зотов ©   (28.04.17 11:40)
> что без двигателей еще ни один самолет не взлетел

Взлетит, если корпус самолёта из тонкого латекса, внутри вакуум или гелий, а снаружив азот. Но это мадель уже упоминали выше.

> [65] Inovet ©   (28.04.17 12:16)
> самолёта

вертолёта же, пардон.

>Сергей Суровцев ©   (28.04.17 11:15) [63]
>От длины веревки как раз все и зависит. Чем она длиннее, тем больше струя воздуха от винта рассеивается и тем меньше она влияет на диск.

Верно.

> Jeer ©   (28.04.17 13:42) [67]
> >Сергей Суровцев ©   (28.04.17 11:15) [63]

> >От длины веревки как раз все и зависит. Чем она длиннее,
>  тем больше струя воздуха от винта рассеивается и тем меньше
> она влияет на диск.

Вдумайтесь в физический смысл параметра V в [55].

Это не мне вдумываться надо, а тем, кому предложено над такой простой задачкой задуматься.
При постоянных оборотах винта, скорость воздушного потока тоже постоянна, т.е. - константа.

> Jeer ©   (28.04.17 20:32) [69]

> Это не мне вдумываться надо,

А, ну тогда конечно.

> над такой простой задачкой

Она действительно очень простая. И вся расписана в [55]. Если, конечно, вдуматься.

> При постоянных оборотах винта, скорость воздушного потока
> тоже постоянна, т.е. - константа.

Во времени - да. Это очевидно. А по координатам - тоже константа?

Так что же такое V ?

> Так что же такое V ?

вендетта!

>Юрий Зотов ©   (28.04.17 21:11) [70]
>А по координатам - тоже константа?

А по координатам я привел в самом начале абстрактную зависимость от дистанции.
Кто не вчитался - увы.

Удалено модератором

Драматичненько

> Jeer ©   (28.04.17 21:48) [72]

> А по координатам я привел в самом начале абстрактную зависимость
> от дистанции.

Где в [0] зависимость скорости потока от координаты?

Там есть зависимость тяги (которая на фиг не нужна). А скорости потока - нет (хотя нужна именно она).

Сергей, я понимаю, что мои посты ты читаешь, не вдумываясь в них. Собственно, ты сам это и сказал.

Но читай хотя бы свои собственные посты. Желательно, вдумчиво.

В двадцатый раз говорю, что в [55] все уже расписано. Что тебе там непонятно?

Юр, я в [1] поправил условие, ночь была темная и девушку проводил домой :)

> Jeer ©   (28.04.17 21:59) [73]

А что ее удалять? Массового нарушения правил в ветке нет - значит, и нет оснований для ее удаления. А  отдельные посты можно и подчистить, при необходимости.

Ну и ладно - пусть живет как образец еще одного варианта "Взлетит?"

> Jeer ©   (28.04.17 22:09) [76]

> я в [1] поправил условие

ОК, читаем[1]:

> сила тяги винта равна F;

Понятно, пока вопросов нет. Читаем дальше:

> сила воздушной струи от винта на расстоянии H=D линейна
> и равна 0.3*F;

А вот тут есть вопрос: что такое "сила воздушной струи"? Я такого термина не знаю. Я отстал или это новое слово в физике?

Я вынужден формулировать условия  хоть как-то доступным способом для адептов троллинга :)
Да и всякие там константы - это отвлечение от главного: вертолет, как и другой двигатель (реактивный, к примеру) может создать двигающую силу только при определенных условиях.
Прикрепи близко к соплу  реактивного двигателя тот же диск - разве ракета взлетит?
Вот в чем был цимус.

P.S.
А тут уже 80 постов глупостей.
Суровцев понял и правильно пояснил суть. Без формул.

> Jeer ©   (28.04.17 22:30) [80]

> Я вынужден формулировать условия  хоть как-то доступным
> способом

Хмм... а я почему-то полагал, что условия надо формулировать корректно, а не доступно.

> Прикрепи близко к соплу  реактивного двигателя тот же диск
> - разве ракета взлетит?

Может, взлетит, а может и не взлетит. Прочитай же [55], наконец - там все сказано.

> А тут уже 80 постов глупостей.

Больше. Нулевой пост тоже надо учитывать. Поскольку основная глупость как раз в нем и есть.

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором

Удалено модератором