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将苍蝇放到瓶子里去称重,苍蝇飞行和落在瓶子底部的重量一样吗?

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2025-02-12 20:44

主要观点总结

本文讨论了在一个密封瓶子中,苍蝇的不同飞行状态对瓶子总重量的影响。文章指出,在苍蝇悬停或趴在瓶子任何部位时,瓶子总重量保持不变。但当苍蝇在瓶子中飞行时,由于力的作用,瓶子的总重量会发生变化。

关键观点总结

关键观点1: 能量守恒定律和牛顿第三定律的应用

文章利用能量守恒定律和牛顿第三定律来解释苍蝇在瓶子中的不同飞行状态对瓶子总重量的影响。

关键观点2: 苍蝇飞行状态对瓶子重量的具体影响

文章详细阐述了苍蝇在瓶子中正中间悬停、向上飞、向下飞以及乱飞等不同飞行状态对瓶子重量的影响。

关键观点3: 瓶子开口与封闭状态下苍蝇飞行对重量的影响

文章讨论了瓶子开口和封闭状态下,苍蝇的飞行如何影响瓶子的重量,并指出需要使用精准的称重设备才能测出重量的变化。


正文

这是个很有意思的问题,从表面上看,瓶子、空气与苍蝇是一个整体(有密封的瓶盖),根据能量守恒定律,无论苍蝇在哪里,重量都不应该发生变化。 但实际上,除了苍蝇在底部,重量会没有波动外,只要苍蝇在飞,重量就有波动,为什么这么说呢?我们一起来讨论一下。

首先,如果苍蝇在瓶中正中间悬停,那么这种情况与苍蝇趴在瓶底时的重量是一样的,这是因为当苍蝇趴在瓶底时,其中苍蝇、空气与瓶子都没有发生任何的改变,我们不妨将这个作为参照物,设为A。

当苍蝇在瓶子中正中间悬停时,根据牛顿第三定律,当两个物体相互作用时,彼此施加于对方的力,其大小相等、方向相反,而能够达到悬停,就证明正反作用力是一致的,所以瓶子整体的重量也不会发生任何的变化,此时的重量也为A。

除了以上两种情况外,其他情况下,我们很难得到重量A,而且重量要么是增大,要么减小,要么在不断的变化。为什么这么说呢? 我们分下面三种不同的情况来说:

第一种:苍蝇向上飞(在瓶子中间垂直上升)。 当苍蝇向上飞时,它必须通过挥动翅膀产生一个作用力,这个力还能抵消重力产生上升力,但是有一个问题,那就是瓶子是拧紧的,空气在其中是不流动的,所以当苍蝇挥动翅膀向上飞时,产生的力会作用于瓶底,产生比苍蝇重力更重的力,这样称重的结果必然要大于A。

第二种:苍蝇向下飞(在瓶子中垂直下降)。 苍蝇向下飞,其实也不是向下飞,而是不飞时就能下落,此时苍蝇处于失重状态,与向上飞时恰恰相反,此时瓶子整体的重量会小于A、

第三种:乱飞。 一只苍蝇被人抓住后放入了一个瓶子里,它势必会像无头苍蝇那样乱飞乱撞,此时就要复杂很多了,因为上面我们只考虑了苍蝇在瓶子中间上下移动,没有考虑苍蝇不在瓶子中间的情况,在这种情况下,瓶子的重量会一直不稳定,因为瓶子中只有苍蝇是移动的,如果将它们看成一个整体,苍蝇的移动就是重心的偏移,而且只要苍蝇不停的乱飞,重心就是一直在左右前后移动的,这样在称重时,我们是不会得到了一个固定的结果的。

而且在这个过程中,理论上只有苍蝇在一条直线上飞行,其重量是一样的,但是一旦不正常飞行,撞到瓶子的内壁上、底部、上部,测得的结果都是不一样的。当然,如果是苍蝇悬停在瓶子中或者趴在瓶子的任何一个部位,总重量都是不会发生变化的。

当然,我们这只讨论了瓶子闭口的情况下,在瓶子开口的情况下,这个结果又有差异了,因为少了瓶盖的阻挡,就等于少了一个向下的力,在这种情况下,除非苍蝇悬停或者爬在瓶子某处,否则也是不会得到重量A的。

因为当苍蝇挥动翅膀飞行时,瓶底的反作用力会将空气推出瓶口,这样瓶子的整体重量会有一个减轻的过程,当然,等到减轻到一定的量,外界的空气还会进入到瓶子中,如此往复直到进气与出气平衡时,重量才会稳定不变了。







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