鳥と鳥かごの重量の問題

昔から気になっている問題です。

鳥の入った鳥かごを、台ばかりにのせて重さをはかったとします。
鳥が飛んでいるときと、鳥かごにとまっているときとでは重さは違うのでしょうか？
また、密閉した容器の中の鳥ではどうなるのでしょうか？

よろしくお願いします。

No.7 回答者： ponyo7 回答日時： 2012/12/31 01:33

たとえば５００グラムの鳥が密閉された容器の中で止まっていると重さは５００グラムです（鳥かごの重さなないものとします）。

中で鳥が飛んで静止していたとすると、鳥は５００グラムの力で空気を押すことになります。だから５００グラムの目盛りは変わりません。唯一メモリが０グラムになるのは鳥が死んで鳥かごの下に落ちるまでの瞬間です。
市販の鳥かごでは空気は外に漏れるので一定ではありません。…と思います。

No.6 回答者： noname#74145 回答日時： 2008/06/20 20:57

問題の趣旨からして鳥の羽ばたきに寄る振動は無視出来るとして、つまり滑らかな風が下に吹き付けると強引に仮定して。

完全に密閉された箱の中では飛んでいようが座っていようが逆立ちをしていようが座禅を組んでいようが秤の目盛りは変わろう筈が有りません。

次にカゴの場合ですがこれは箱の時よりも若干少ない目盛りを示すと想像できます。
その理由ですがカゴの場合ホバリングの風圧の一部が網の部分から外部に漏れるため床を押さえつける力は鳥の重さよりも小さくなると思われるからです。カゴの代わりに台秤を考えれば分かりやすいかもね。

つまり目盛りを見ると
【箱の中で静止又はホバリング】＝【カゴの中で静止状態】＞【カゴの中でのホバリング状態】
になると思います、でないと理屈が合いません。

No.5 回答者： miran_2006 回答日時： 2008/06/20 17:19

変わらない。

で、いいんじゃないですか？
あえて過渡的な部分を捉えて、目盛りが増減した時の値に固執する理由がよく判りません。
どちらかと言えばもっともらしくない状態の計測結果を言ってるわけですから・・・まぁ平均すれば同じと、すれば良いのでは？

No.4 回答者： debukuro 回答日時： 2008/06/20 09:03

場合によっては飛んでいるときの方が重くなることがあるのです

飛ぶことによって生ずる下向きの気流が容器の底で反射して上向の気流が出来る
上向の気流は容器を下に押し下げる
上向の気流で失われた空気を補充するために外から空気が入ってくる
この空気は容器の横から流入するので容器に力を及ぼさない
容器全体の質量は変わらないが気流が容器を押し下げる力の分だけ重くなる
平成教育委員会より

実験はヘリコプターで行われたが原理的には同じ
ただし密閉した容器や十分に広い鳥かごなら飛ぶ飛ばないに関わらず重さは不変です

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2008/06/20 09:00

数十年前に「頭の体操」という本に載ってからでしょうか、

この質問が繰り返されています。

たいていの回答は「重さは変わらない」としています。
鳥が中に浮いている時は空気を下に叩いているので体重分の力が空気を通じて箱に加わるというのが理由です。

でもこれには疑問があります。
どういう鳥を想定しているかによりますが本の挿絵にあるような鳥であればはかりの目盛りは振動するはずです。
御質問の文章の中でも「鳥が飛んでいる時」としか書かれていません。
床から上の止まり木に飛び移るような時だと大きく針は動きます。
この問題では「ホバリング」という前提が大事です。鳥かごの中でホバリングできる鳥というのは限られてきます。ハチ鳥のような小さくて羽ばたきの回数のものすごく大きい鳥でないとダメでしょう。挿絵にあるような普通の鳥では「？」です。

振動する理由は次のようなものです。
羽ばたくのですから空気を下に押し付けるように動かした翼は必ず上に戻さなくてはいけません。この間に落下します。それを又次の羽ばたきで回復します。上向きの動きを生じるような加速度が必要ですから体重よりも大きな力が必要です。
羽ばたきの時間間隔で体重よりも大きな力がかかっています。羽ばたきが目に見えれば針の動きも見えるでしょう。でも長時間の平均を取れば体重に等しくなるでしょう。

体重計の上に人が乗っている場合を考えます。
人がじっとしていれば体重分の力がかかります。
人が体を上下に振動させればはかりの目盛りは振動します。体重計以外のどこにも力はかかっていません。全て体重計にかかってきます。人の場合でも長時間の平均をとれば体重に等しくなるでしょう。

この問題が「浮いているから体重はかかってこないのではないか」という問いに対してのものであればいくらか振動するがはかりに体重はかかってくると言うことで意味があります。
でもじっとしていても（床の上で休んでいる、死んでいる）飛んでいてもはかりの目盛りは変わらないということを一般的に言うのであれば「？」がつきます。

ＴＶで模型のヘリコプターを使って同じことをやっているのを見ました。ヘリコプターのローターの回転は水平面内で起こります。鳥の羽ばたきのように不連続ではありません。

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2008/06/19 23:49

鳥籠だろうと密閉した容器だろうと, 鳥の翼が鳥籠なり容器なりの中に全て収まっていて, 鳥がホバリングしているのであれば同じ結果になるはずです.

・鳥が飛ぶためには自分の体重に見当った揚力が必要
・揚力は「翼の下にある空気を (下向きに) 押す」ことで得られる
ということから, 鳥籠なり容器なりの底面は鳥の体重と同じだけの力を下向きに受けています. 従って飛んでいても止まっていても同じ重さを示すことになります.

No.1 回答者： unazukisan 回答日時： 2008/06/19 17:54

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1630653

全く同じ質問が過去にありましたが。。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
ですが、参考ＵＲＬが消えていましたので、
どなかたもっと詳しい回答をおねがいします。

お礼日時：2008/06/19 18:51