Vrlo interesantno pitanje sa jednostavnim odgovorom: ako ptica leti u avionu njena težina ne doprinosi težini aviona. Nevolja je međutim što ovo pitanje pokreće druga vezana pitanja…

Originalno pitanje: "Da li ptice koje lete u avionu utiču na ukupnu težinu aviona?" 

Crtež N. Jeknića

Odgovor: Ako na aerodromu stavimo na vagu avion sa pticom na sedištu, vaga će pokazati njihovu ukupnu težinu. Ako ptica poleti, vaga će pokazati samo težinu aviona. Kao da smo pticu izbacili. 

Mahanje krilima dovodi do horizontalnog strujanja vazduha koje drži pticu na nekoj visini iznad poda i nema sile usmerene nadole. Ako je ptica krupna, mahanje krilima će dovesti do veće turbulencije vazduha, biće klackanja i ljuljanja aviona, i vaga će pokazati manje ili veće oscilacije oko težine aviona bez ptice. Ali nikako neće pokazati konstantnu težinu aviona sa pticom!

Isto je kad avion leti. Umesto vage, odozdo avion drži sila uzgona. Uzrok te sile je razlika u pritisku vazduha koji struji ispod i iznad krila. Ona zavisi od brzine aviona, profila krila i gustine vazduha. Avion leti horizontalno kada postigne dovoljnu brzinu da sila uzgona tačno balansira težinu aviona sa pticom na sedištu.

Izvor: https://sh.wikipedia.org/wiki/Aerodinamika

Ako ptica poleti unutar aviona, a motor aviona radi kao pre pa je i brzina aviona ista, sila uzgona je onda veća od težine samog aviona pa se njegova visina podigne. Zatim pod aviona udari u pticu, i opet imamo pređašnju ravnotežu sila.

Da bi ptica mogla da nastavi da leti unutar aviona, pilot treba da smanji brzinu, tako da sila uzgona balansira samo težinu aviona. To jeste ušteda u gorivu, ali sada ptica mora da troši energiju da bi nastavila da leti.

Ako izgleda čudno da ptica koja leti ne doprinosi težini aviona iako je u njemu, zamislimo prvo da je ptica sedela u prostoru za prtljag, iznad sedišta. Njena težina tada doprinosi težini aviona. 

Zamislimo sada da ptica skoči nadole, bez mahanja krilima. Tada je u slobodnom padu pa nema težinu. Težina aviona je tako umanjena. Ako ptica počne da maše krilima pa poleti, to ne povećava težinu aviona, kao što je objašnjeno gore.

Naravno, pošto je masa ptice mala u odnosu na masu aviona, ako ptica poleti smanjenje težine aviona je neznatno, pa je neznatno i povećanje visine aviona.

Komplementaran argument. Ako ptica počne da leti već pri poletanju, onda motor aviona vrši rad samo da podigne avion, dok sama ptica, da bi ostala u avionu, mora da izvrši rad da podigne sebe na istu visinu i brzinu kao avion u odnosu na zemlju.  Ukupna potrošena energija je ista kao da je ptica sedela na sedištu a samo je motor aviona radio. Nema uštede u energiji. 

Dakle, ako ptica leti unutar aviona težina aviona sa svim teretom jeste manja nego pre, kada je ptica sedela a ne letela. Ali nema praktičnih pogodnosti. Letela ptica ili ne letela, uvek mora da se potroši ista energija. Avion ne može da nosi veći teret u formi ptica ili dronova koji po njemu lete.

Pitanje: „A šta ako pticu (model ptice i sl.) u jednom momentu ispunimo helijumom i on jednostavno samo lebdi u avionu? Nema nikakvog rada, samo lebdi.“

Helijum je došao iz nekog rezervoara koji je recimo, bio na sedištu aviona. Težina je ista bez obzira da li je taj helijum u tečnom ili gasovitom stanju.

Ako balon lebdi, znači da ima gustinu kao vazduh ili malo manju. Kao i sam vazduh iznad i ispod, i taj helijum u balonu svojom težinom pritiska ka podu aviona i doprinosi težini aviona sa teretom. Naravno, taj doprinos je mali, ali u principu postoji. 

Vazduh koji je balon istisnuo svojom zapreminom pritiska svojom težinom drugde. Tako da nema promene u težini aviona sa svim teretom. 

Međutim, ako je gustina helijuma u balonu osetno manja od gustine vazduha van aviona, i ako imamo veliku količinu takvog helijuma, onda može da dođe do novog efekta: menja se i srednja gustina aviona (gustina, ne težina!) i takav avion postaje cepelin!

Tada razlika u statičnom pritisku spoljašnjeg vazduha ispod i iznad aviona drži bar delimičan balans težini aviona, pa sila uzgona može da bude manja, što znači da avion može da ide sporije i troši manje goriva. Ali težina aviona se nije promenila!

Pitanje: „Uzmimo vasionski brod. U ukupnu masu broda ulazi i oprema, merni instrumenti, detektori itd. Ako se neki instrument otkači od zida i počne da lebdi između zidova i tako prevali put do Saturna.... Masa broda mora da je ista iako sada taj lebdeći detektor nema fizičkog kontakta sa zidom broda.“

Kad god motori na raketi ili svemirskom brodu prestanu da rade, ta letilica se kreće kao da je u slobodnom padu. Sve na vasionskom brodu je beztežinsko, bilo da je zakačeno ili da lebdi, uključujući i sav svemirski brod.

Rad je izvršen i gorivo je potrošeno samo dok sva masa nije dostigla tu putanju i tu brzinu.