Чи буде банка, в якій літає муха, важчою за банку без мухи?

Іноді вчителі фізики люблять "потролити" учнів і ставлять питання на кшталт "чи зміниться вага банки з мухою всередині, якщо муха літає", інформує Ukr.Media.

Щоб правильно відповісти на це питання, достатньо уявлення про загальний курс механіки. Можна, звісно, розібратися в питанні, провівши експеримент. Але набагато цікавіше спробувати передбачити поведінку системи, спираючись на теоретичні знання.

Ключ до розгадки простий. Давайте розберемося, як літає муха? Уявіть собі, що в банці взагалі немає повітря. Чи зможе вона взагалі літати? Звісно ж ні! Адже весь процес польоту будується на тому, що муха "впирається" крильцями в повітря і відштовхується від нього.

Щоб залишатися в повітрі, мусі доводиться штовхати повітря вниз з силою, рівною її вазі, і ця сила передається банці через тиск повітря.

Виходить, що вага мухи завжди підтримується банкою, прямо чи опосередковано. Між ситуаціями, коли муха просто сидить на дні герметично закритої банки і літає всередині такої ж банки немає фізичної різниці.

Але недарма ми виділили фразу "герметично закритої".

Вага банки з мухою все-таки може змінюватися і ось чому.

Сформульована відповідь передбачає, що банка ідеально герметична і не деформується, а повітря всередині банки має ту ж температуру і тиск, що й зовнішнє повітря. Якщо якась із цих умов не дотримана, то вага банки може незначно змінюватися під час польоту мухи.

Наприклад, якщо банка не закрита герметично, частина повітря може вийти з неї, коли муха штовхне його крилами вниз, що в підсумку зменшить вагу банки. Якщо банка не жорстка, вона може злегка розширюватися або стискатися, коли муха змінює своє положення, змінюючи об'єм і густину повітря всередині банки. Або, якщо повітря всередині банки гарячіше чи холодніше, ніж повітря зовні, на муху може діяти інша виштовхувальна сила (що відрізняється від зовнішньої), впливаючи на вагу банки.

Ці ефекти дуже малі і їх важко виміряти, але вони не дорівнюють нулю.

Один з таких експериментів провів доктор Джон Нортон з Університету Карнегі-Меллон у 2023 році. Він використовував точні ваги, щоб виміряти вагу закритої банки з плодовою мушкою всередині. Виявилося, що вага банки коливалася приблизно на 0,0001 грама під час польоту мухи, залежно від того, наскільки швидко і високо вона літала. Також виявилося, що ці відхилення були спричинені змінами температури і тиску всередині банки, а не змінами сили тяжіння чи інерції.