Вентилятор создаёт струю
Лопасти сообщают воздуху скорость в сторону паруса. В ответ воздух действует на вентилятор в противоположную сторону. Чем больше массовый расход и прирост скорости, тем больше реакция. Электрическая энергия мотора превращается в кинетическую энергию потока, тепло, звук и вращение следа за лопастями.
Плоский парус тормозит поток
При ударе о плоскую поверхность осевая скорость воздуха уменьшается, а поток растекается по сторонам. Изменение импульса требует силы со стороны паруса; воздух действует на парус противоположно. В идеальном пределе, где парус останавливает ровно ту струю, которую создал вентилятор, его тяга вперёд компенсирует реакцию вентилятора назад.
Изогнутый парус может изменить баланс
Если поверхность разворачивает поток и воздух покидает установку назад, изменение импульса на парусе оказывается больше простого торможения. Тогда суммарная тележка способна получить тягу вперёд. Это не нарушение сохранения импульса: противоположный импульс уносит воздух, вышедший за границу установки.
Давление и импульс описывают одно явление
На поверхности паруса возникает распределение давления и касательных напряжений. Их интеграл даёт силу, а баланс импульса контрольного объёма приводит к тому же результату. Измерять каждую точку сложно, поэтому в опыте удобнее сравнить силу весами и одновременно посмотреть, куда и с какой скоростью уходит струя.
Видео опыта
Исходный эксперимент можно посмотреть в ролике канала «Наука в Действии».