¿Puedo mover un petrolero?

Digamos que estoy parado al borde de un estanque hecho de concreto. Esta cuenca está llena de agua salada y un barco flota en el agua cerca del borde de la cuenca. El barco no está anclado ni toca el fondo de la dársena con su casco. No hay olas porque la dársena está cerrada (digamos que el barco fue traído con una grúa) y no hay viento.

Mi pregunta es: ¿Qué tamaño de barco (en kilogramos) puedo mover si empujo contra el barco? Supongamos que mi fuerza es promedio para un hombre de veinticinco años.

Editar: me gustaría mover la nave diez centímetros. En términos de cuánto tiempo estoy dispuesto a empujar: diez minutos.

Su pregunta puede responderse directamente: 'Sí, solo tiene que presionar durante el tiempo suficiente'. Sin embargo, siendo realistas, no tengo ni idea. Tal vez deberías decir hasta dónde quieres mover el barco y por cuánto tiempo estás dispuesto a quedarte ahí empujando si quieres una respuesta directa.
¿Qué ancho tiene la dársena, es similar a un dique seco? Pregunto esto porque me pregunto si fuera solo un 10 o 20 % más ancho que el barco, como muchos diques secos son para barcos grandes, su fuerza neta se reduciría debido a la reflexión de la pared del fondo, obligándolo a empujar realmente .
@AcidJazz: ¡Buen punto! Digamos que la cuenca es lo suficientemente grande para que podamos ignorar las ondas reflejadas en la pared.
¿Tal vez podría descartar el agua por completo y lidiar con un camión cisterna en órbita alrededor de la Tierra? Esto le permite concentrarse por completo en lo plausible que es mover cosas extremadamente pesadas incluso en un entorno sin fricción. De hecho, la mayoría de las operaciones que hacemos en órbita son bastante similares: fuerzas y energías bastante bajas involucradas, y mucha espera.
@Luaan La situación en órbita es bastante diferente: no hay ningún análogo del muro del puerto contra el que Matthias pueda empujar.
@DavidRicherby Bueno, imagina que el petrolero está en un dique seco, entonces. Claro, estás empujando contra una pared, no contra el suelo, lo que significa que puedes usar mucha más fuerza (no hay resbalones y puedes usar una porción más grande de tus músculos). Aunque, por supuesto, tendrías que asegurarte de tener en cuenta la masa del dique seco, ya que le impartirás un impulso no despreciable...

Respuestas (2)

Para calcular la fuerza necesaria para mover un barco hay dos consideraciones:

  1. la masa del barco

  2. la resistencia hidrodinámica debido al movimiento del barco a través del agua

A velocidades bajas, es probable que la fuerza esté dominada por la masa del barco porque la resistencia es aproximadamente proporcional a la velocidad. La segunda ley de Newton nos dice que la aceleración de la nave está relacionada con la fuerza que aplica por:

a = F metro

dónde F es la fuerza y metro es la masa del barco. La distancia que recorre el barco con el tiempo viene dada por la ecuación SUVAT :

s ( t ) = 1 2 a t 2

y reemplazando a da:

s ( t ) = 1 2 F metro t 2

Por lo tanto, solo necesita decidir qué movimiento considera un mínimo razonable, lo que determina s , cuánto tiempo estás dispuesto a esperar, lo que determina t , y cuánta fuerza puede aplicar, lo que determina F . Entonces puedes calcular el valor correspondiente de metro .

Algunos números: F puede ser de 1.000 newtons. Un petrolero pesa 50.000 toneladas o 50 millones de kg. Entonces F/2m es 1,000 sobre 100 millones = 1/100,000. Esta vez t^2 debería ser 0,1, por lo que t^2 es 10.000, por lo que t es de hecho solo 100 segundos. Unos minutos de intensa presión deberían ser suficientes para mover el petrolero 10 cm. Cuidado: el petrolero no se detiene.
@LubošMotl El coeficiente estático de fricción entre el caucho y el concreto es 1.0, entonces F = metro h tu metro a norte gramo . 1000 norte es correcto asumir una persona pesada.
@LubošMotl también significa que uno podría detener el barco flotante (pero en movimiento), ¿verdad?
Aquí hay un video de un hombre que realmente mueve un transatlántico de 10,000 toneladas por más de 5 metros en unos pocos minutos.
Sí, Voitcus, uno puede detenerlo empujando desde el otro lado. ;-)
Creo que incluso a bajas velocidades hay que tener en cuenta el esfuerzo necesario para desplazar el agua detrás del barco. Es más fácil empujar una masa en el vacío que en el agua.
Sí, @LubošMotl, pero ten cuidado de no poner tus manos entre el barco y cualquier otra cosa...
DJohnM: advertencia muy importante! Estimado @CarlWitthoft: ¿cree que el agua agrega otro factor de dos porque uno necesita bombear algo de impulso al barco, y el mismo (?) impulso con signo opuesto al agua que reemplaza? De hecho, dudo que esto pueda ser correcto. La idea más directa es que la presión en ambos lados del barco se mantiene constante, por lo que la fuerza del agua en ambas direcciones se cancela y es correcto calcularla como si el barco estuviera en el vacío (sobre ruedas perfectas).
@LubošMotl No por un factor de dos, pero tienes que quitar el agua detrás del barco.
Se aparta "automáticamente" si la nave se mueve de un plano a otro, siempre que haya espacio para ello. Especialmente a bajas velocidades, no hay obstrucción ni fuerza neta. La única fuerza neta que se agrega sería el arrastre, en.wikipedia.org/wiki/Drag_(physics) , pero eso escala como la segunda potencia de la velocidad y aquí es totalmente insignificante.

Aquí en el Reino Unido tenemos canales y, por experiencia, sé que una barcaza o una compuerta de esclusa deben empujarse con bastante fuerza durante un tiempo antes de que el objeto comience a mover el agua de un lado al otro del objeto. La barcaza no pesa nada sobre el agua pero DESPLAZA X toneladas de agua que tienen que ser desplazadas para que la barcaza se mueva. Un ser humano de 150 libras puede empujar y eventualmente hacer que una barcaza de 35,000 libras se mueva, pero mantenerla en movimiento será extremadamente agotador, razón por la cual se inventaron los caballos de la barcaza. La compuerta de la esclusa realmente no desplaza el agua hasta que la compuerta comienza a moverse y fuerza el agua alrededor del borde de apertura de la compuerta.

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