Divulgación Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

[inakigarber]

En una cena discutiendo sobre temas científicos variados ha surgido la siguiente discusión.
Supongamos que en la caja de un camión cerrado con una masa de M tenemos un ave de masa m. Situado sobre una balanza. La masa del sistema medida por la balanza seria Mt=M+m, pero ¿y si ahora el ave revolotearía dentro del camion? ¿cual seria su masa?
En principio se me ha ocurrido que ya que el ave no tiene contacto con el camión la masa medida por la balanza sería solo la del camión (M), pero después me lo he planteado de otra manera, ya que el ave para poder mantenerse en el aire debe poder provocar una corriente de aire descendente que le permita mantener a flote su propio peso, lo cual provocaría que la medida de la balanza fuera la misma antes (ya que al peso del camión habría que sumársele la fuerza ejercida por la presión de dicha columna de aire).
¿que opináis vosotros?
Saludos y gracias.

[Richard R Richard]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

La respuesta es la segunda de las que propones, el ave para revolotear necesita aire, que es un fluido, y para resolver la situación , se aplicaría el principio de arquímedes, por tanto el peso del conjunto con el ave en vuelo o posada, usando la balanza externa será el mismo.

la clave esta en que el recipiente donde esta el ave es cerrado, la fuerza que hace el ave para mantenense suspendia es distribuida en el aire , por acción y reaccion el aire transmite esta fuerza al camion y este a la balanza.

Distinto sería si el recipiente fuera abierto , la balanza acusaria una diferencia apenas el ave remonte vuelo.

[inakigarber]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

La respuesta es la segunda de las que propones, el ave para revolotear necesita aire, que es un fluido, y para resolver la situación , se aplicaría el principio de arquímedes....

Yo no me lo habia planteado en función del principio de Arquimedes, pero si habia llegado a la conclusión de que la masa del sistema camión-pájaro permanece constante. Por tanto la fuerza gravitatoria (que es lo que mide la balanza) también.
Saludos y Gracias.

[pod]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

En una cena discutiendo sobre temas científicos variados ha surgido la siguiente discusión.
Supongamos que en la caja de un camión cerrado con una masa de M tenemos un ave de masa m. Situado sobre una balanza. La masa del sistema medida por la balanza seria Mt=M+m, pero ¿y si ahora el ave revolotearía dentro del camion? ¿cual seria su masa?
En principio se me ha ocurrido que ya que el ave no tiene contacto con el camión la masa medida por la balanza sería solo la del camión (M), pero después me lo he planteado de otra manera, ya que el ave para poder mantenerse en el aire debe poder provocar una corriente de aire descendente que le permita mantener a flote su propio peso, lo cual provocaría que la medida de la balanza fuera la misma antes (ya que al peso del camión habría que sumársele la fuerza ejercida por la presión de dicha columna de aire).
¿que opináis vosotros?
Saludos y gracias.

Primero un inciso: la masa es la misma, siempre. Recuerda que la balanza no mide masas, ni siquiera mide el peso (entendiendo como tal la fuerza de gravedad sobre un cuerpo). La balanza es un aparato de medir fuerzas: mide la fuerza que necesita hacer para que el cuerpo que está pesando no atraviese la superficie de la balanza, lo que a veces llamamos peso aparente. Para convertir su medida de fuerza en una masa, la balanza hace dos hipótesis: 1) que está en la Tierra y la gravedad no cambia; 2) que la balanza sostiene la totalidad del peso del objeto que está pesando, ni más ni menos. Eso es lo que pasa cuando nos pesamos y nos apoyamos en una mesa; sostenemos parte del peso y la báscula marcará menos. Obviamente, nuestra masa no cambia.

Volviendo al tema del hilo: tu conclusión es correcta... pero hay un importante matiz: depende de cómo esté revoloteando el ave. Recuerda la segunda ley de Newton: para que haya una aceleración, tiene que haber fuerza neta. Digamos, por ejemplo, que el ave está a cierta altura (por ejemplo, posada en el suelo) y quiere ascender. Para ello, necesitará que el aire empuje sus alas hacia arriba con una fuerza superior a su peso. Por el 3r principio de Newton, el ave empujará al aire con esa misma fuerza mayor que su peso, y esa fuerza llegará al suelo. Por lo tanto, en este caso la medida de la báscula será mayor a la suma de la masa del camión y la del ave.

Y viceversa, si el ave está a cierta altura y empieza a bajar, entonces la medida de la balanza será inferior a la suma. De hecho, si cae en caída libre, la medida será igual al peso del camión únicamente.

Dicho de otra forma, dada una balanza suficientemente precisa, y conocida la masa del ave, podríamos usar la balanza para conocer el movimiento del ave incluso sin verla. Por lo menos, su aceleración vertical.

se aplicaría el principio de arquímedes, por tanto el peso del conjunto con el ave en vuelo o posada, usando la balanza externa será el mismo.

¿Seguro que no quieres decir el principio de Pascal (la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido, wikipedia)?

Si metemos el principio de Arquímedes en esto, vemos que lo que ocurre es que el empuje ascensional que todo cuerpo sumergido sufre lo que hace es violar la segunda suposición de la balanza que mencioné antes, porque el empuje de Arquímedes está soportando una pequeña parte del peso de todo objeto. Así que, en realidad, todos pesamos un poquito más de lo que marcan las básculas. El aire es unas mil veces menos denso que el agua (que es nuestro componente principal), así que la diferencia será de ese orden, unos tres ordenes de magnitud.

[visitante20160513]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

Pues tal como yo lo veo creo que la respuesta no es tan sencilla. La expresión revoloteando no es muy técnica que digamos y debemos suponer que habrá instantes en que el ave estará o bien aterrizando sobre el suelo del camión o bien impulsándose para elevar el vuelo y habrá otros en que el ave suspendida en el aire estará impulsándose moviendo las alas hacia abajo adquiriendo sustentación y otros en los que debe desplazar las alas hacia arriba con los que su movimiento debe parecerse bastante al de caída libre. Si analizamos lo que ocurre en cada uno de esos momentos vemos que el resultado es distinto en cada caso. La resultante de combinar todos esos movimientos será que la báscula que está midiendo constantemente el peso del sistema sufrirá cambios en su registro y esos cambios dependerán de las reacciones que transmita el revoloteo del ave al camión, que lógicamente van a depender de las variaciones de su cantidad de movimiento. Como el ave es capaz de realizar trabajo para impulsarse no veo yo tan claro que el registro de la balanza sea siempre el mismo. La respuesta a este enunciado creo que es algo más compleja de lo que apuntó Richard.

Acabo de leer la respuesta de pod y creo que coincidimos bastante, si.

Salu2, Jabato.

[inakigarber]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

Primero un inciso: la masa es la misma, siempre. Recuerda que la balanza no mide masas, ni siquiera mide el peso (entendiendo como tal la fuerza de gravedad sobre un cuerpo). La balanza es un aparato de medir fuerzas: mide la fuerza que necesita hacer para que el cuerpo que está pesando no atraviese la superficie de la balanza, lo que a veces llamamos peso aparente. Para convertir su medida de fuerza en una masa, la balanza hace dos hipótesis: 1) que está en la Tierra y la gravedad no cambia; 2) que la balanza sostiene la totalidad del peso del objeto que está pesando, ni más ni menos. Eso es lo que pasa cuando nos pesamos y nos apoyamos en una mesa; sostenemos parte del peso y la báscula marcará menos. Obviamente, nuestra masa no cambia....

La masa siempre es la misma y la balanza no mide masas, cierto, mide fuerzas. igual ocurriría si me monto en una nave espacial con una balanza en el asiento, la medida de la balanza variara en función de si estoy en reposo sobre la tierra, ascendiendo con un movimiento acelerado, ascendiendo a velocidad uniforme o a 500 Km de altura por ejemplo.

...Volviendo al tema del hilo: tu conclusión es correcta... pero hay un importante matiz: depende de cómo esté revoloteando el ave. Recuerda la segunda ley de Newton: para que haya una aceleración, tiene que haber fuerza neta. Digamos, por ejemplo, que el ave está a cierta altura (por ejemplo, posada en el suelo) y quiere ascender. Para ello, necesitará que el aire empuje sus alas hacia arriba con una fuerza superior a su peso. Por el 3r principio de Newton, el ave empujará al aire con esa misma fuerza mayor que su peso, y esa fuerza llegará al suelo. Por lo tanto, en este caso la medida de la báscula será mayor a la suma de la masa del camión y la del ave.

Y viceversa, si el ave está a cierta altura y empieza a bajar, entonces la medida de la balanza será inferior a la suma. De hecho, si cae en caída libre, la medida será igual al peso del camión únicamente.

Dicho de otra forma, dada una balanza suficientemente precisa, y conocida la masa del ave, podríamos usar la balanza para conocer el movimiento del ave incluso sin verla. Por lo menos, su aceleración vertical........

Si atendemos a medidas obtenidas en momentos puntuales, mi conclusión no es correcta ya que la fuerza resultante medida por la balanza sería distinta en los casos que has propuesto.
Si atendemos a un promedio de medidas obtenidas en el momento en que el ave esta revoloteando, entonces sí podría darse el caso.
Si comparamos la medida obtenida cuando el ave esta posada sobre el suelo del camión con la obtenida cuando esta esta posada en el aire manteniendo una altura uniforme entonces mi conclusión si sería correcta. Esta es la interpretación que hice en el primer momento, pero es solo una interpretación que no tiene porque ser la correcta, ni es la única posible. Como veo el problema es mucho mas complejo de lo que inicialmente pensaba. Así aprendo a plantearme las cosas de distintas maneras.
Saludos y gracias.

[Richard R Richard]

Re: Problema de un camion en cuyo interior hay un ave voladora

Primero un inciso: la masa es la misma, siempre. Recuerda que la balanza no mide masas, ni siquiera mide el peso (entendiendo como tal la fuerza de gravedad sobre un cuerpo). La balanza es un aparato de medir fuerzas: mide la fuerza que necesita hacer para que el cuerpo que está pesando no atraviese la superficie de la balanza, lo que a veces llamamos peso aparente. Para convertir su medida de fuerza en una masa, la balanza hace dos hipótesis: 1) que está en la Tierra y la gravedad no cambia; 2) que la balanza sostiene la totalidad del peso del objeto que está pesando, ni más ni menos. Eso es lo que pasa cuando nos pesamos y nos apoyamos en una mesa; sostenemos parte del peso y la báscula marcará menos. Obviamente, nuestra masa no cambia.

Concuerdo Pod , he constestado intituitivamente, ni siquiera note que preguntaba por la masa en vez de peso.

Y viceversa, si el ave está a cierta altura y empieza a bajar, entonces la medida de la balanza será inferior a la suma. De hecho, si cae en caída libre, la medida será igual al peso del camión únicamente.

He considerado al ave volando sin cambiar de altura, y con velocidad constante,.... demasiadas suposiciones no aclaradas por cierto, y gracias, pero si hilas mas fino, estas despreciando la resistencia del aire y aunque caiga en caida libre, la balanza acusara un peso levemente superior al del camion. La indicación seria igual , si no hubiera aire, pero esa manera el ave no podria ni vivir ni volar. [tambien hay que descontar el peso del aire, al suponer el interior vacio]
Baso esto en que si el rozamiento es una fuerza ascencional su reaccion debe hacer descender al camion, por ende la balanza indica mas.

¿Seguro que no quieres decir el principio de Pascal (la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido, wikipedia)?

Oops, a el me quise referir.