Как поведет себя дрон, запущенный в вагоне поезда: мысленный физический эксперимент перессорил Интернет

Очередной интеллектуал-провокатор вбросил на Reddit вопрос, который можно сформулировать всего двумя предложениями.

Представьте радиоуправляемый вертолет или дрон, который завис неподвижно в стоячем вагоне. Поезд начинает движение, и что тогда случится с вертолетом — продолжит движение вместе с поездом или ударится о заднюю стенку?

Ответ мы вам сообщим чуть ниже, дав какое-то время поразмыслить вам самостоятельно.

В реальности не самая очевидная для решения задача. Потому что люди интуитивно ждут от геликоптера или дрона такого же поведения, как от привычных объектов вроде воздушного шарика, свободно висящего в вагоне метро.

Юзер gotisticalstoic разъясняет механику процесса доступным языком. Ответы здесь заставляют меня потерять всякую веру в авторов. Люди не знают, что такое инерция? Это не воздушный шар, это даже не маленький игрушечный дрон.

На картинке изображен довольно большой радиоуправляемый вертолет. В данном сценарии — чем тяжелее объект, тем скорее будет двигаться к задней части поезда. Единственное, что меняет горизонтальную скорость вертолета, — это воздух, который толкается вместе с поездом. С маленьким дроном такого хватит, чтобы перемещать дрон вместе с поездом.

С таким большим радиоуправляемым вертолетом, как на картинке, воздух будет оказывать мало влияния. Радиоуправляемый вертолет быстро врежется в заднюю часть вагона поезда.

jt41298 провел расчеты, и они предсказывают аналогичный сценарий. Давление, оказываемое из-за скорости воздуха, можно оценить как q=1/2(плотность*скорость)². Плотность воздуха составляет приблизительно 1,25 кг/м³.

Это позволяет рассчитать силу, прилагаемую к дрону, на основе разницы скоростей между поездом и дроном. Предположим, будто воздух движется вместе с поездом, а поезд движется по прямой. Предположим, что поезд имеет ускорение 1,341 м/с² и максимальную скорость 45 м/с. Поезд достигнет максимальной скорости примерно через 33 секунды (я брал временные интервалы 0,2 секунды во всех расчетах). Сила, оказываемая на дрон, зависит от его массы и площади сопротивления.

Я предположил, что масса составляет 0,5 кг, а площадь — 0,3x0,2 м. Сила равна F=qA. Где q рассчитывается на каждом временном шаге из разницы между скоростью поезда и скоростью дрона. Преобразовав F=ma, можно рассчитать ускорение дрона для каждого временного шага, которое затем можно использовать для расчета пройденного расстояния.

Если поместить все это в электронную таблицу, то получится, что дрон переместится на 23 м (приблизительная длина вагона) медленнее поезда — примерно за 7,4 секунды. И отстанет на 160 м, когда достигнет примерно той же скорости, что и поезд.

Первоисточник можно увидеть здесь.

Если вы и сами до всего этого додумались — честь вам и хвала, можно идти работать в модный престижный стартап! Отгадайте загадку, которую Илон Маск предлагает решить на собеседовании.