一个有苍蝇的瓶子去称重,苍蝇在底部和苍蝇飞起来,重量会一样吗?


一个有苍蝇的瓶子去称重,苍蝇在底部和苍蝇飞起来,重量会一样吗?


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一个有苍蝇的瓶子去称重,苍蝇在底部和苍蝇飞起来,重量会一样吗?


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一个有苍蝇的瓶子去称重,苍蝇在底部和苍蝇飞起来,重量会一样吗?


这是一个很有意思的问题 , 实际上答案也并不单一 , 这个问题需要分多种情况进行讨论 。
这涉及到一些常用受力分析 。 我们假设这个瓶子是密封的 , 先讨论最简单的情况:苍蝇趴在瓶子的底部 , 很显然 , 这个时候称出来的重量就是瓶子的重量加上苍蝇的重量 , 我们假设这个总重量为M1 。

那么当苍蝇在瓶子内飞起来 , 称出来的重量又会是多少呢?
可能有些人会觉得 , 苍蝇飞起来后 , 和瓶子之间没有接触了 , 因此苍蝇的重力不会施加在瓶子上 , 这个时候称出来的重量应该等于瓶子的重量 。 如果你是这样想的 , 那可就错了 , 因为你忽略了一样东西 , 那就是内部空气的作用 。
事实上瓶子内部的空气是苍蝇与瓶子之间传递力的桥梁 。 苍蝇飞起来后称出来多重 , 与苍蝇的飞行状态有关 , 需要进行分类讨论 。
首先假设第一种情况:苍蝇悬停在瓶子内 。苍蝇之所以能够飞行起来 , 主要是利用了牛顿第三定律 , 苍蝇通过拍打翅膀将空气向下推 , 那么翅膀就会受到空气提供的一个向上的反作用力 , 这个反作用力与苍蝇的重力形成一个平衡力 , 保证了苍蝇能够悬停在空中不掉落 。

实际上这些被苍蝇向下推的空气最终会作用在瓶底 , 而这个推力就等于苍蝇的重力 , 所以看似苍蝇没有与瓶子接触 , 实际上苍蝇的重力还是“间接”地施加在了瓶子上 , 所以当苍蝇悬停在瓶内 , 这种情况下称出来的重量=M1 。

再假设第二种情况:当苍蝇向上做加速运动飞行 。我们同样可以按照上面的逻辑进行分析 , 苍蝇想要向上做加速飞行 , 其拍打翅膀对空气向下产生的推力必须>苍蝇的重力 , 这个向下的推力同样也会作用在瓶底 , 因此此时称出来的重量会>M1 。
再假设第三种情况:当苍蝇向下做加速运动飞行 。我们可以用一个最简单特例来分析 , 假设苍蝇本来是悬停在瓶内的 , 这时它突然停止飞行 , 直接开始自由落体下落 , 很显然 , 这个时候苍蝇已经不需要空气“托”住它了 , 那么这个时候称出的重量会从M1瞬间变成瓶子的重量 。
不过向下加速飞行 , 有可能这个加速度小于于重力加速度 , 也有可能会大于重力加速度 。 当加速度小于重力加速度时 , 苍蝇对空气向下的推力不足以抵消重力 , 这个时候苍蝇会向下做加速运动 , 但此时空气对瓶底向下的推力会小于苍蝇的重力 , 因此此时的称出来的重量<M1 , 但会>瓶子的重量 。
当然苍蝇有可能向下飞行的加速度比重力加速度还要大 , 那么这个时候翅膀推力的方向就变了 , 翅膀需要将空气往上方推 , 从而受到一个向下的反作用力 , 这个时候才能加速度a>g 。 向上运动的空气会作用在瓶子的瓶口 , 反而抵消了瓶子的一部分重力 , 同样的此时称出来的重量<M1 , 并且会<瓶子的重量 。

如果苍蝇是在瓶子内胡乱飞 , 实际上就是以上各种情况的不断变化而已 。
当然以上讨论都是基于瓶子是密封的情况 。 如果瓶盖是打开的又不一样 , 区别就在最后一种情况:苍蝇向下飞行的加速度比重力加速度还要大的时候 。 这种情况下 , 空气是被苍蝇向上推 , 由于没有瓶盖 , 这个推力无法作用在瓶子顶部 , 因此瓶子无法受到一个向上的作用力 , 也就是说 , 苍蝇对空气产生的作用力没有作用在瓶子上 。 所以当苍蝇向下飞行的加速度比重力加速度还要大的时候 , 此时称出来的重量还是=瓶子的重量 , 而其它的情况的结果则与瓶子密封是一样的 。
【一个有苍蝇的瓶子去称重,苍蝇在底部和苍蝇飞起来,重量会一样吗?】

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