Wie wird sich die Waage verhalten?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo @ll,

das ist eine Frage, die sich seit meiner Schulzeit stellt:

Ein hermetisch geschlossener Käfigt beinhaltet einen Vogel, welcher auf einer Stange sitzt. Der Käfig steht auf einer Waage und hat - sagen wir mal - jetzt genau 10Kg.
Der Vogel wiegt - sagen wir mal - 0,05Kg.
Der Vogel beginnt zu fliegen. Wie wirkt sich das auf die Gesamtmasse (also die Anzeige der Waage) aus?

Seit 30 Jahren konnte mir das keiner wirklich beantworten UND nachweislich begründen…

Bin mal gespannt, was hier für Antworten kommen…

(Für die Tierschützer kann man den Vogel auch durch nen ferngesteuerten Mini-Hubschrauber ersetzten - den gabs damals aber noch nicht…)

LG

Cestmoi

Vogel - Käfig - Waage - Problem
#2

also, wenn der Vogel einfach in der Luft schwebt, sollte die waage 10,05Kg anzeigen.
Wieso? Ob der Vogel jetzt auf dem Boden steht, und damit seine Gewichtskraft auf die Waage ausübt, oder ob dies über die Luft im Käfig geschieht, ist relativ egal. Die Luft drückt sozusagen den Vogel nach oben und dafür die Waage nach unten.

Gruß

#3

Hallo @ll,

das ist eine Frage, die sich seit meiner Schulzeit stellt:

Ein hermetisch geschlossener Käfigt beinhaltet einen Vogel,
welcher auf einer Stange sitzt. Der Käfig steht auf einer
Waage und hat - sagen wir mal - jetzt genau 10Kg.
Der Vogel wiegt - sagen wir mal - 0,05Kg.
Der Vogel beginnt zu fliegen. Wie wirkt sich das auf die
Gesamtmasse (also die Anzeige der Waage) aus?

Verheerend.
Denn die Waage wird nun mit den Wirkungen die der Flügelschlag erzeugt, beaufschlagt.
Das ergibt eine sich ständig verändernde Anzeige.

Im Mittel wird sich beim Gewicht nichts ändern, es bleibt gleich.
Dabei ist vorausgesetzt dass keinerlei Wirkungen den Käfig verlassen, auch kein Schall.

Gruss Kurt

#4

Hallo =)

Also ich hoffe mal, dass ich dein Problem richtig verstanden habe…

Also insgesamt hat der Käfig (mit Vogel auf der Stange) ein Gewicht von 10kg. Wenn der Vogel nun fliegt (sich in der Luft aufhält) wirkt sein Gewicht nicht mehr auf dem Käfig… also wiegt der Käfig, wenn der Vogel fliegt 9,5kg. (Die Waage spielt vielleicht ein klein wenig verrückt, wenn du dieses Experiment nicht im Vakuum durchführst - durch Flügelschläge wird Luft gegen die Waage gehauen… aber ich glaube das interessiert hier nicht.)

Die „normale“ Waage misst das Gewicht durch Kraftausübung nach unten. Wenn der Käfig auf der Waage steht wirkt eine gewisse Kraft auf die Waage(Gravitationskraft). Wenn der Vogel nun fliegt „neutralisiert“ er die Kraft mit der er nach unten gedrückt wird - er fliegt ja. Wenn wir nun annehmen, dass der Vogel punktförmig und genau auf einer Stelle in der Luft ist, wirkt keine Kraft nach unten - die Gravitationskraft wird durch sein flattern neutralisiert.

Vielleicht etwas eindeutiger: Misst deine Waage das Gewicht von einem Apfel (natürlich Apfel… Newton), wenn du den 1m über deine Waage hälst und keinen Kontakt zu dieser aufbaust?

MfG, Christian

#5

Wechsel mal den Vogel gegen einen mit Helium gefüllten Ballon aus, der an der Stange festgebunden ist und „zieht“ (auch mit 50gr).

Dieser wird abgeschnitten… solange er das obere Ende des Käfigs nicht erreicht hat, wie schaut’s dann aus?

… und spätestens da hab ich diese Theorie verworfen…

#6
  1. fand ich es genug beschrieben… :frowning: aber hier noch einmal: Käfig mit Vogel auf der Stange 10KG
  2. durch Druck fliegt kein Vogel, eher durch Sog. Der Druck im hermetischen Käfig entsteht, ist auch ein Sog, der entgegen wirkt… (im Stabilen Flug m.E. ausgeglichen also „nur“ Verwirbelung)
  3. was soll das mit dem Apfel? Statik ist kein Fremdwort für mich - die Kräfteverteilung erfolgt über den „Halter“

Trotzdem Danke für den Versuch

#7

… und wenn der Vogel

  • ohne Luftwiderstand runterfällt
  • mit „normalen“ Luftwiderstand etwas sanfter runterfällt
  • mit gespreizten Flügeln runtersegelt

???

#8

Entschuldigung,
Ich hatte deine Frage dann anscheinend falsch interpretiert - geht es dir denn darum, wie sich die Kräfte vom Flügelschlagen des Vogels verteilen, bzw. wie diese sich auf die Waage auswirken?

MfG, Christian

#9

Ein hermetisch geschlossener Käfigt beinhaltet einen Vogel,
welcher auf einer Stange sitzt. Der Käfig steht auf einer
Waage und hat - sagen wir mal - jetzt genau 10Kg.
Der Vogel wiegt - sagen wir mal - 0,05Kg.
Der Vogel beginnt zu fliegen. Wie wirkt sich das auf die
Gesamtmasse (also die Anzeige der Waage) aus?

Wenn die Waage beliebig empfindlich ist, dann wird sie den Wert

(1+a/g)·10 kg

anzeigen, wobei a die Beschleunigung des Masseschwerpunktes von Käfig + Inhalt ist.

Seit 30 Jahren konnte mir das keiner wirklich beantworten UND
nachweislich begründen…

So wie Du die Frage gestellt hast, ist das auch kein Wunder. Wenn Du eine konkrete Anwtort haben willst, dann musst Du die Frage so formulieren, dass sich a daraus eindeutig ermitteln lässt. Du verrätst aber noch nicht einmal, ob der Vogel nach oben oder nach unten fliegt.

#10

Warum, es gibt keinen Grund dafür.

  • Vogel wird entfernt, also 50 Gramm weg.

Nun kommt noch der Heliumballon dazu.
Wie schwer ist der?
Also wird der Käfig um das Gewicht des Heliums schwerer.
Das er im Käfig nach oben steigt spielt keine Rolle.
Es gilt:

Käfig 10Kg
Käfig ohne Vogel, also 50 gramm weg.
Käfig mit Heliumballon, also ums Ballongewicht schwerer.

Wärend des Hochsteigens hast du wieder „Turbulenzen“, diese wirken sich auf die Anzeige aus.
Wenn er oben ist dann ist alles in Ruhe, der Käfig ist schwerer als ohne Vogel und ohne Ballon.

Gruss Kurt

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#11

sagen wir, er fliegt frei im Käfig mehrere Kreise …

#12

sagen wir, er fliegt frei im Käfig mehrere Kreise …

Wenn es sich um waagerechte Kreise handelt, dann bleibt die Anzeige der Waage in guter Näherung unverändert. Wenn Du es genauer wissen willst, dann musst Du auch die Frage genauer stellen.

#13

Hallo,

Ein hermetisch geschlossener Käfigt beinhaltet einen Vogel,
welcher auf einer Stange sitzt. Der Käfig steht auf einer
Waage und hat - sagen wir mal - jetzt genau 10Kg.
Der Vogel wiegt - sagen wir mal - 0,05Kg.
Der Vogel beginnt zu fliegen. Wie wirkt sich das auf die
Gesamtmasse (also die Anzeige der Waage) aus?

gar nicht.
Der Käfig ist ein geschlossenes System für die eingeschlossene
Luft und gibt keine „überschüssige“ Kraft nach außen ab wenn die
Luft durch innere Krafteinwirkung umgeschichtet wird.Wenn der Vogel
fliegt muß er sich statt auf der Stange auf die Luft abstützen und
diese auf den Käfigboden.
Daß zeitliche Verzögerungen der Kraftumlenkung (Stange auf Luft und
Boden) Schwankungen bei der Anzeige bewirken können ist möglich aber
kein Dauerzustand.
Wäre die Kraftumlenkung „starr“, also von der Stange vorsichtig auf
ein Podest, wären auch kaum Schwankungen meßbar.
Gruß VIKTOR

#14

Im eingeschwungenen Zustand oder während der Vogel irgendetwas macht?

ich weiß nicht genau auf was du rauswillst.
Prinzipiell ist es so: Wenn in dem Gefäß irgendetwas beschleunigt wird,
was irgendwoanders nicht abgebremst wird, so ändert sich der
Schwerpunkt und es wirkt eine Kraft. Diese muss nicht zwangsläufig in
Richtung Erde wirken, sonder sie wirkt der Beschleunigung entgegen.
Im stationären Zustand wiegt dein Gefäß immer 10 kg.

Gruss

#15

hi
solange sich nichts bewegt ist es klar: 10kg
wenn der vogel aber abhebt, dann wird ja masse in verschiedenen richtungen beschleunigt, so gesehen ein sehr komplexer vorgang.
somit wird währen diesem vorgang das gesamte sicher irgendwie bewegt oder erschüttert, und die waage zeigt diese abweichungen an. mehr kann man aber dazu nichts sagen, da man keine genaueren angaben hat (dichte der luft, gesamtvolumen, wass für masse der vogel hat, wie er sich verhält, möglichkeiten der strömung im gefäss usw…)
lg niemand

#16

ich sehe es ähnlich:
es ist weitaus komplexer, als die einfachste und zunächst logichste Antwort von allen:
Geschlossen? Alles was drin ist wird „mitgewogen“

Annehmen darf jeder alles
Teperatur, Form des Käfigs, Sauerstoffgehalt… was auch immer

Meine Meinung und Theorie dazu (von bisher 3 Physiker, 2 mit Dr. vorm Nachnamen, weder bestätigt noch widerlegte…)
10Kg + x / x>0 ; x

#17

wie genau denn noch?

Wie vorher, aber es ist ein Kolibri (die können auch auf der Stelle fliegen[anm.])

und nun zurück: Du hast geschrieben: annähernd
Heißt das gemittelt genau bei 10,050 Kg? Und ist das dann Wissen oder eine Vermutung, weils eben so sein muss?

Auf der anderen Seite: wenn der Vogel denn Kreise oder Loopings fliegt, wäre es auch egal - denn gemittelt wäre das Gewicht immer bei 10,05Kg.

Jetzt behaupte ich, dass die Luft in dem Käfig verwirbelt wird, was auf alle Seiten des Käfigs einen gewisse Druck ausübt. Oder doch nur nach unten???

#18

… hmmm…

Heliumballon verdrängt die schwerer Luft - somit ist der Käfig an sich dann leichter…

Waage würde 9,95Kg anzeigen (Ballon an Stange oder am oberen Ende des Käfigs)

Was passiert aber während des Aufsteigens? (Ballon vom System entkoppelt)

(hier auch nochmal meine Leidensgeschichte: 2 Dr. der Physik hatten sich der Frage angenommen, beide wollten mir irgendwann mal die Lösung verraten, beide fanden, es gibt wichtigere Fragen und … nun ist sie hier)

#19

Yes Sir…

#20

Hallo @ceestmoi.

Ich sehe dass du in „RT“ denkst.
Also ohne eindeutige Bezüge und aussagen.

Du hast:

einen Käfig, darin ist was.
Alles was da drin ist erzeugt verhinderte Beschleunigungswirkung auf die Waage (Gravitationswirkung).

Wie das da drin verteilt ist, in welchem Zustand es ist, letztendlich was es ist, ist vollkommen egal.
Es handelt sich um eine Menge an Material.
Betrachte das Material als eine Menge von einem einzigem Stoff, einem einzigem Teilchen, einem einzigem Baustein, einem BT(Basisteilchen).

Jedes dieser Bausteine (BT), erzeugt Gravitation, wirkt also auf die Waage ein.

Solange sich in diesem Haufen nichts verändert, ändert sich auch die Wirkung nicht die auf die Waage ausgeübt wird.

Drum hab ich ja auch geschrieben dass es für die Waage schwierig ist einen festen Wert anzuzeigen solange sich in dem Materialhaufen Veränderungen abspielen.

Sobald statische Zustände herrschen:

  • Vogel sitzt auf seinem Stangerl
  • Ballon ist am Schnürchen
  • Ballon steht oben an

leistet jeder Baustein (BT) seinen Beitrag um die Waage zu drücken.
Wenn sich was ändert

  • Vogel flattert an Ort und Stelle
  • ballon steigt auf

ergeben sich Veränderungen in diesem Haufen.
Dies führt zu Dynamik, also zu auftretenden Kräften innerhalb des Käfigs.
Das wirkt sich dynamisch auf die Waage aus.
im Mittel gleicht sich das aus.

Wenn du den Heliumballon anschaust dann siehst(weisst) du das dieser nach oben zieht, also aufsteigt.

Nun, worin steigt er auf, warum steigt er auf.
Er steigt in der Käfigluft auf, deswegen weil sein Gewicht pro Volumen geringer ist als das der ihn umgebenden Luft.

Ein Liter Luft hat also mehr BT als ein Liter Helium.
Darum wird er von der Luft hochgedrückt.
Er würde nicht von selber aufsteigen wenn keine Luft da wäre.
Dann würde er genau so wie jede andere Materie auch auf die Waage drücken.

Es ist also rein das Verhältniss der -Gewichte- Luft und Helium dass
dass den Ballon hochtreibt.
Das hat keinerlei Einfluss auf da Gesamtgewicht von Luft und Helium.
Ersetzte das Heliumgas im Ballon durch gleichschwere Luft, dann ist vorbei mit dem scheinbarem „Hochziehen“ durch den Ballon.

Er würde nicht von selber aufsteigen wenn keine Luft da wäre.
Dann würde er genau so wie jede andere Materie auch auf die Waage drücken.

Du hast also etwas das auf die Waage drückt.
Dieses Etwas zeigt aufgrund der Umstände im Käfig ein Hochziehen von 50 Gramm.

Angenommen dass Ballongewicht sei 200 Gramm, es drückt mit den 200 Gramm auf die Wagge.
Die 50 Gramm gibt es nur innerhalb des Käfigs aufgrund der darin herrschenden Umstände.
Ersetze die Luft durch ein Eisenstück.
Dann hast du ein Gewicht das der Luft entspricht und einen Ballon von 200 Gramm.
Der Auftrieb ist verschwunden!!!
Es bleiben die 200 Gramm die die Waage belasten.
Sie sind da, unabhängig der Umstände im Käfig.
Und! der Ballon ist unten am Käfigboden!

Was passiert aber während des Aufsteigens? (Ballon vom System
entkoppelt)

Den Ballon kannst du nicht entkoppeln, er wird immer mitgewoogen.
Nur wärend der kurzen Beschleunigungsphasen gibt es nach aussen wirkende Veränderungen.
Diese sind, nachdem die Beschleunigung vorüber ist, unwirksam.

Gruss Kurt

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]