اگر پرنده‌ای داخل کامیون پرواز کند، از وزن کلی کامیون کاسته می‌شود؟

آیا پرواز پرندگان در یک کامیون می‌تواند وزن آن را تغییر دهد؟ در نگاه اول، پاسخ ساده به نظر می‌رسد، اما فیزیک پشت این پدیده چیزی متفاوت را نشان می‌دهد.

فرض کنید کامیونی پر از پرنده دارید که با خوشحالی روی کف کامیون نشسته‌اند. برای جلوگیری از فرار پرنده‌ها، درها و پنجره‌ها بسته‌اند. حال اگر این پرنده‌ها در پشت کامیون شروع به پرواز کنند، آیا وزن کلی کامیون کم می‌شود؟ شاید فکر کنید در این شرایط باید وزن کامیون کم شود، زیرا پرندگان وزن خود را از روی کف کامیون برداشته‌اند، اما این تصور کاملا درست نیست. اگر فکر می‌کنید وزن کامیون تغییری نخواهد کرد، به پاسخ صحیح نزدیک‌‌تر هستید، گرچه مطالعات نشان می‌دهند موضوع کمی پیچیده‌تر است.

برای شروع بحث، ابتدا این سوال را مطرح ‌می‌کنیم که چرا از وزن کلی کامیون کاسته نمی‌شود؟ علت آن است که وقتی پرندگان بال می‌زنند، از قانون سوم حرکت نیوتن مستثنی نیستند. برای هر عملی، واکنش برابر مخالفی وجود دارد و این قانون شامل هر عملی نیز می‌شود که پرنده انجام می‌دهد.

دکتر کریستوفر اس. برد دانشیار فیزیک در دانشگاه تگزاس ای‌اندام در یک پست وبلاگی دانشگاه توضیح می‌دهد که پرندگان همچنان تحت تأثیر گرانش هستند و وزن دارند؛ اما سقوط نمی‌کنند، زیرا نیروی بالابر، وزن آن‌ها را خنثی می‌کند. برای ایجاد این نیروی بالابر که رو به بالا عمل می‌کند، پرنده نیرویی به هوا وارد می‌کند و هوا را به سمت پایین شتاب می‌دهد.

درنتیجه، هوای شتاب‌گرفته در نهایت به کف کامیون برخورد می‌کند و تکانه‌ی خود را به آن منتقل می‌کند. نیروی رو به پایینی که بر کامیون وارد می‌شود، شامل وزن خود کامیون و وزن پرندگانی است که پرواز می‌کنند؛ زیرا هوای شتاب‌گرفته توسط بال‌های پرندگان همان نیروی معادل وزن آن‌ها را به کف کامیون منتقل می‌کند.

موضوعی که از آن صحبت شد، در سال ۲۰۰۷ در مجموعه‌ی تلویزیونی افسانه‌زدایان (Mythbusters) آزمایش شد. در این آزمایش‌ها بررسی شد که آیا پرواز پرندگان و همچنین هلی‌کوپتر درون محیط بسته بر وزن کلی تاثیر می‌گذارد یا خیر. نتیجه‌ی آزمایش نشان داد پرواز پرندگان تغییری در وزن کلی ایجاد نمی‌کند. اما موضوع به همین سادگی نیست. مطالعات نشان داده‌اند حتی اگر میانگین وزن در طول زمان ثابت باشد، وزن در لحظاتی که پرندگان بال می‌زنند، دچار نوسان می‌شود.

گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد با استفاده از دستگاه دقیقی برای اندازه‌گیری نیروی تولیدشده توسط پرندگان حین بال زدن، نشان دادند که پرنده هنگام حرکت‌دادن بال‌های خود به سمت پایین نیرویی تا دو برابر وزن خود ایجاد می‌کند؛ بنابراین هنگام حرکت بال‌ها به سمت بالا، نیازی نیست وزن خودشان را بلند کنند؛ چون نیروی کافی درنتیجه‌ی حرکت قبلی (پایین آوردن بال‌ها) تولید شده است.

گرچه به‌طورکلی و به‌عنوان میانگین در طول زمان، وزن کامیون ثابت باقی می‌ماند. پروفسور دیوید لنتیک به بی‌بی‌سی گفت: «وزن کامیونی که تعداد کمی پرنده در آن درحال پرواز باشند، در طول زمان نوسان می‌کند. فقط نیروی بالابر گروه ناهماهنگی از پرندگان می‌تواند این تغییر را خنثی کند.» وقتی تعداد زیادی پرنده به صورت تصادفی بال بزنند، وزن کامیون تقریبا ثابت باقی می‌ماند یا حداقل نوسانات وزن آن به حدی تصادفی می‌شود که دیگر قابل تشخیص نیست.