Vogels in een vliegtuig...

[Stephaan]

Brinx Voor mij is het al van bij de eerste vraagstelling klaar geweest dat het gewicht op de weegschalen niet verandert zolang het een gesloten systeem is. Maar in de loop der maanden zijn er toch steeds weer forumbezoekers geweest die dat niet inzagen, ondanks alles wat Newton daar ook over te zeggen had.

Ik heb over je bericht een vraag. Ik ben van mening dat er toch wel sommige vormen van energie uitwisseling met de buitenwereld mogelijk zijn zonder dat het gewicht van het gesloten systeem verandert. Zo bijvoorbeeld zal de chemiche energie die vervat zit in de vet en voedselreseve van de vogels langzaam in warmte omgezet worden tot ze sterven. Dit verwarmt het vliegtuig maar vermits alle verbrandingsprodukten binnen blijven zal het gewicht niet veranderen, zelfs als het vliegtuig achteraf weer afkoelt.

Kalorieën, of zijn het Joules, hebben immers geen gewicht.

Ben je het daarmee eens of zie ik dat verkeerd?

[Brinx]

Ja, zulk soort processen zullen geen merkbare invloed hebben op het gewicht dat de weegschaal aanwijst. De invloed van bijvoorbeeld kleine windzuchtjes langs het vliegtuig zou al groter zijn!

Maar als je het echt heel extreem precies wilt doen kun je zelfs zo'n miniem verlies van warmte niet toestaan. Twee moleculen water bijvoorbeeld wegen samen minder dan een molecuul zuurstof samen met twee moleculen waterstof, hoewel het nota bene om dezelfde aantallen en soorten atomen gaat! Het verschil is weliswaar belachelijk klein, maar het is er wel. Bij de reactie van zuurstof met waterstof tot water komt energie vrij, die vervolgens wordt kwijtgeraakt aan de omgeving wanneer het water afkoelt. Die kwijtgeraakte energie vertegenwoordigt strikt genomen ook wat massa. Analoog hieraan gebeurt dit ook met het vrijmaken van energie uit allerlei organische verbindingen bij de spijsvertering.

Natuurlijk begeef je je hiermee in het domein van de absurd kleine effecten, en zijn er nog wel honderden andere te noemen (getijdenkrachten, een persoon die langsloopt, etc). Vandaar die nogal strikte voorwaarde die ik erbij plakte.

Toch hebben al die kleine invloeden wel hun geldigheid. Je kunt je bijvoorbeeld voorstellen dat je het gedrag van een massa-veersysteem wilt voorspellen, maar dan zonder alle storende invloeden zoals luchtwrijving, energieverlies door opwarming van de veer wanneer die uitgerekt wordt, etc. Op die manier kun je een abstract model vormen van zo'n systeem en het gedrag ervan vrij nauwkeurig voorspellen. Maar in de werkelijke wereld kom je toch echt niet van al die vervelende bijkomstige effecten af - een ideaal massa-veersysteem bestaat gewoon niet (alhoewel je er verdomd dicht bij in de buurt kan komen)! En dus zijn de voorspellingen die je model doen nooit exact correct voor een werkelijke situatie. In de overweldigende meerderheid van alle gevallen is abstractie geen probleem, natuurlijk - maar het is toch verstanding om in je achterhoofd te houden welke vereenvoudigingen je hebt toegepast bij het opstellen van een model.

Maar goed, dat was dus de reden voor die pietluttige beperking.

[edit]: woordkeus veranderd

[Stephaan]

@Brinx, bedankt voor je uitvoerige en snelle reactie!

Ik waardeer je bezorgdheid om bij een model te onthouden dat een gesloten systeem dat ook werkelijk moet zijn. Ikzelf heb op 10 aug 4:44pm ook al een paar voorbeelden gegeven van externe invloeden die we verwaarlozen (maar daarom niet mogen vergeten dat ze bestaan).

Je schrijft en legt ook uit waarom, water minder weegt dan zijn samenstellende moleculen. Je legt er wel de nadruk op dat het om zeer kleine gewichtsverschillen gaat. Juist dat wil ik in vraag stellen. Ik denk namelijk dat energie(scheikundig gebonden of als warmte), geen gewicht heeft.

Hopelijk vind je mij geen wijsneus, maar ik heb eerlijk gezegd nog nooit gehoord dat er bij een exothermische reactie, of eigenlijk bij om het even welke gewone scheikundige reactie, massa verloren gaat die dan in de vorm van warmte door afkoeling zou verdwijnen (uit een gesloten systeem)

Die warmte- energie vertegenwoordigt inderdaad wel massa zoals je dat schrijft. Het verband tussen de twee is E=Mc^2 maar dat soort overgangen van energie naar massa of omgekeerd, heeft toch alleen maar plaats in kern physica. Ik denk dat zowel de scheikundige energie in brandstoffen als de warmte energie die vrij komt bij een reactie, er echt wel zijn maar in beide vormen(die natuurlijk even groot zijn) heeft die energie zelf geen enkel gewicht en telt ze dus ook niet mee om het gewicht van het systeem te bepalen.

Nu is er wel een punt waar ik je tegemoet kan komen: Na het overlijden vd vogels en na de afkoeling van het vliegtuig is er binnenin minder energie aanwezig dan voordien. Als je, met behulp van Einstein alle energie die in het vliegtuig aanwezig is voor en na, zou omzetten in massa, zou het vliegtuig nu wel iets lichter geworden zijn! Dus hier ben ik akkoord met wat je absurd kleine effecten noemt. Maar omdat die energie ervoor en erna toch geen massa of gewicht had en dus niet meetelde op de weegschaal is er geen enkele invloed.

Mag ik het nog zo eens zeggen : energie is volgens Einstein potentieel wel massa maar zolang het energie is, heeft ze geen massa.

Graag nog je reactie hoor.

[Brinx]

Stephaan, ik ben bang dat je jezelf tegenspreekt! Je zegt dat je voor en (lang) na het hele experiment een massaverschil zou kunnen meten tengevolge van de energie die verloren is gegaan doordat de vogels chemische energie vrijmaken en deze als warmte het systeem verlaat. Maar tevens zeg je in je post dat deze potentiele chemische energie geen massa heeft wanneer deze nog opgeslagen is. Hoe komen we dan aan dat massaverschil?

Dus, of je moet beweren dat er een massaverschil te meten zal zijn en dat dus opgeslagen chemische energie massa heeft (die daarna weg is gestraald naar de omgeving als warmte en dus niet meer meetelt), of je moet beweren dat er geen verschil in massa zal zijn en dat daarom chemische energie niet meetelt als je massa bepaalt.

Ik denk dus dat alle vormen van potentiele energie (d.v.z. energie die omgezet kan worden in bijvoorbeeld elektromagnetische straling) een (weliswaar kleine) massa hebben. Volgens deze zienswijze bezit een heet kopje water dus ook een marginaal hogere massa dan een kopje koud water (met hetzelfde aantal watermoleculen erin dus). In het geval van de temperatuur van een object kan je dit afleiden uit het feit dat de massa van een object toeneemt wanneer zijn kinetische energie toeneemt. Warme deeltjes bewegen sneller, en zijn dus marginaal massiever.

Hier een link waarin het terloops wordt genoemd (Goed, het is een regeringssite - maar toch! ):

http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/phy9...99/phy99223.htm

"This relation between mass and energy was made most obvious

in the case of radioactivity, when one element changes into

another - the masses tend to be different, and the energy released

can be very large. The same applies to the nuclear fission and

fusion reactions, where the energy released can be determined directly

from the mass difference of the reactants. Now, this is actually

not really much different from the way in which the chemical energy

of molecules changes when molecules join and break up - there would

be an associated mass change as well. But the mass change for chemical

energy changes is so tiny that nobody had ever observed it, while

it is relatively easy to measure in the nuclear case." (ongeveer op de helft van de tekst)

Hier nog een link:

http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harriso...MassEnergy.html

"It turns out that all forms of energy are reflected in the total mass of the body. So although we have justified E = mc2 in terms of the kinetic energy, mass-energy equivalence is quite a bit more general." (vlak voor paragraaf 4)

Hoewel het bij nucleaire splijtingsreacties vrij duidelijk is (de energie wordt vrijgemaakt uit een klein deel van de massa van de kerndeeltjes, die dan ook zijn veranderd na de reactie), moet ik je het antwoord schuldig blijven wanneer het gaat om chemische energie. Misschien nemen de electronen lagere energieconfiguraties in na (bijvoorbeeld) een verbrandingsreactie? Ik weet het eerlijk gezegd niet. Heeft iemand daar een idee over?

[edit]: oh, ik geloof dat ik je post deels verkeerd heb gelezen. Negeer de eerste twee paragrafen van mijn epistel in dat geval.

[Stephaan]

Brinx,

Ik heb geloof ik toch geschreven : ALS je de aanwezige energie (die dus verminderd is) zou omzetten in massa(gewicht) DAN zou inderdaad het gewicht verminderd zijn.

Maar die omzetting is alleen hypothetisch gebeurd. Ik herhaal dus dat ik beweer dat er geen verschil in massa zal zijn.Volgens mij is energie=energie(zonder massa) ofwel is het massa.Wat zou Einstein anders kunnen bedoeld hebben? Sorry als dat niet duidelijk was. Als je het even zo wil bekijken spreek ik mezelf niet tegen vind ik.



Met je laatste paragraaf ben ik het overigens akkoord. Een heet kopje water heeft potentieel meer massa dan een koud kopje . Maar dan moet je wel eerst de hogere energie die het bevat omzetten in massa ( E=Mc^2)en die bijtellen bij de koude massa die in het andere kopje ook aanwezig is

Als je het al of niet eens bent hoor ik dat graag hoor

[Brinx]

Stephaan, mijns inziens is er dus geen omzetting van energie nodig om de hogere massa in het kopje heet water te meten. Zet de kopjes op ultranauwkeurige weegschalen en die met het hete water zal een groter gewicht aangeven dan die met het koude water (dit is praktisch niet haalbaar, maar dat maakt in principe niet uit). De links die ik postte beweren hetzelfde - de totale massa van een object is niet alleen afhankelijk van zijn restmassa (m0) maar ook van onder andere de chemische, thermische, kinetische en nucleaire energie die het bevat. Dit is dus niet slechts een of andere rekengrootheid, maar een te meten massa.

Heb je eventueel een bron waarin anders wordt beweerd? Het lijkt me interessant om hier meer over te lezen. Ik kan verder niet veel nieuws verzinnen om je te overtuigen.

Misschien wordt dit trouwens teveel offtopic - we kunnen het beste een nieuwe thread openen in dit subforum...

[Stephaan]

Brinx : Met de Links die je aanreikt zal ik inderdaad mijn zwart wit standpunt over energie en massa moeten herzien. Weer een van de zekerheden die uit mijn leven verdwijnt

Maar nog altijd liever korrekt zonder zekerheden dan verkeerd met verkeerde "zekerheden".

. Bedankt

[Anonymous]

ik denk dat het gewicht verminderd omdat de neerwaartse druk wordt verdeeld over de wand van het vliegtuig. en dus zal er minder gewicht worden waargenomen

[Stephaan]

@Gast: Als de vogel vliegt zal er door de wervelingen van de lucht ook wel een aktie (druk) zijn op de zijwanden maar al de neerwaartse komponenten van de krachten zullen toch nog steeds naar beneden gericht blijven en het gewicht van het totale vliegtuig + vogel die er in rond vliegt blijft onveranderd.

Door je post dacht ik aan een graan silo. Daar wordt het gewicht van een groot deel van het graan ook door wrijving langs de zijwanden naar beneden geleid, en uiteidelijk naar de poten van de silo.

Niet het ganse gewicht van het graan drukt op de trechtervormige bodem van de silo . Maar daarom is dat gewicht van de rest van het graan niet verdwenen!

In het gesprek tussen Brinx en mezelf ging het wel over een zeer geringe gewichtsvermindering, door afkoeling, maar die was van een zeer veel kleinere grootte-orde die tot het gebied van de moderne natuurkunde behoort en die praktisch niet te meten is, alhoewel ze bestaat.