Feladat: 2848. fizika feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bárász Mihály ,  Kovács Baldvin ,  Ravasz Erzsébet ,  Varga Balázs 
Füzet: 1995/november, 507. oldal  PDF file
Témakör(ök): Közegellenállás, Folyadékhozam, Impulzusváltozás törvénye (Impulzus), Mozgási energia, Feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1994/december: 2848. fizika feladat

Egy feltaláló olyan motor nélküli hajót tervezett, amely nyugvó vizen széllel szemben is tud haladni. A fedélzeten lévő szélkerék megfelelő áttételeken keresztül hajócsavart hajt. Nincs-e ellentmondásban ez a találmány az energia és a lendület megmaradásának törvényével?

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A szél u sebességgel érkezik a szélkerékhez, és u1<u sebességgel hagyja el azt; a hajócsavar a nyugalomban levő vizet v1 sebességre gyorsítja. A hajócsavar tolóerejének nagysága:

Ft=ΔIvízΔt=Δmvv1Δt,
ahol Δmv a hajócsavaron Δt idő alatt átáramló víz tömege. Hasonlóan a szél által kifejtett erő nagysága:
Fsz=ΔIlevΔI=Δml(u-u1)Δt,
ahol Δml a szélkeréken t idő alatt átáramló levegő tömege. Egyenletes mozgás esetén Ft=Fsz. Az energia megmaradása szerint
12Δml(u2-u12)=12Δmvv12.
Ebből Δml(u-u1)Δmvv1=v1u+u1, azaz u-u1u+u1=ΔmvΔml. Megfelelő méretezés és elegendő szél mellett ez utóbbi hányados értéke elegendően kicsi lehet, tehát az energia- és impulzusmegmaradás tételének figyelembevételével képes a hajó a széllel szemben egyenletes sebességgel haladni (vagy akár gyorsulni is, de ekkor figyelembe kell venni a hajó mozgási energiájának megváltozását is).
 Varga Balázs (Kapuvár, Felsőbüki Nagy P. Gimn., III. o.t.) dolgozata alapján