Центробежные силы энергии реферат
Обновлено: 04.07.2024
Потенциальное поле центробежных сил инерции
В более широком плане научное открытие физического закона (предлагаемой гипотезы, принцип УЭПП) формулируется так: на изменение направления вектора импульса (количества движения массы) затрачивается работа внешних сил, которая деформирует структуру системы среды ФВ и на радиусе кривизны траектории движения массы (радиусе инерции) формирует вихрь элементов ФВ , искусственную механическую подсистему, потенциальное поле центробежных сил инерции , которая обладает свойствами квантово-механической системы.
Мы предполагаем, что квантово-механические свойства этой макросистемы заключаются в том, что в вихре ФВ на радиусе инерции вращающейся массы квантуются ряд ее параметров: момент импульса массы вещества, плотность массы слоев элементов подсистемы ФВ по объему, а главное, скачком изменяется плотность энергии по объёму слоев элементов ФВ . Квантование плотности энергии среды ФВ в ПЦСИ приводит к появлению градиента потенциалов, что и является причиной образования центробежных сил инерции . В квантовании плотности кинетической энергии движения элементов эфира по объему в ПЦСИ (ОФМ по Иванову Б.П.), формирующем градиент потенциалов, заключается объяснение механизма образования сил и мощности работы всех потенциальных полей , например, гравитационного поля, электрического, магнитного, при фотоэффекте, в подъемных силах Архимеда и др., в том числе, и образование кинетического момента центробежных сил в потенциальном поле центробежных сил инерции.
ГБ получает непосредственно свободную энергию центробежных сил. ГМБ получает свободную энергию центробежных сил опосредовано, через физический эффект прецессии.
Все ОФМ имеют свойства квантово-механических систем: квантование плотности кинетической энергии движения элементов эфира по объему, плотности массы, момента импульса на радиусе кривизны траектории вихря, радиусе инерции локализованной массы элементов эфира.
Решающие эксперименты
Центробежный генератор Богомолова (ГБ)
Во втором такте действия этой схемы машина работает как генератор. Уменьшение скорости вращения грузов ω 1 приводит к расширению пружины и возвращению аккумулированной энергии E к , которая преобразуется во вращающий момент вала генератора.
Поясним это на примере: аналогично ускорению вращения фигуриста, руки которого подтягиваются к туловищу, в силу закона сохранения момента импульса (момент количества движения L = m · R 2 · ω = const ), работа взведенной в первом акте пружины по перемещению масс грузов m на радиусе кривизны R 1 – R 2 против центробежных сил F цб , приведет к росту кинетической энергии W = 1/2 · m · R 1 2 · ω 1 2 – 1/2 · m · R 2 2 · ω 2 2 и росту угловой скорости этих грузов ω 2 = m · R 1 2 / (m · R 2 2 )
Если обратимая электрическая машина за два такта действия возвращает нам (за вычетом потерь) первоначальную энергию, то откуда же берется сила и энергетический потенциал искусственной ОФМ для взведения пружины? Кинетическая энергия вращения по инерции системы масс грузов накапливается (превращается из электрической) благодаря работе, совершаемой силами упругости рычагов по изменению прямолинейных тангенциальных векторов импульса (мгновенной орбитальной скорости) массы грузов на радиусе их инерциального движения.
Эксперимент по использованию центробежной силы для получения свободной энергии
Это устройство интересно тем , что, в силу закона сохранения энергии, наглядно и точно мы можем наблюдать утилизацию кинетической энергии вращения маховика, измеряя только параметр h , высоту подъема по нитям маховика во втором полупериоде колебания, в сравнении с выстой, с которой маятник начал падение в первом полупериоде. Разность h1 – h2 за два полупериода колебания прямо пропорциональна потерям кинетической энергии вращения на работу аэродинамического сопротивления и трение.
Опыты проводились в три этапа. На первом мы экспериментально установили необходимую высоту подъема 1100 мм при закручивании нитей на ось, падение маховика с которой обеспечивает достижение такой скорости его вращения и развивает такую центробежную силу, которая обеспечивает разведение грузов на величину максимального радиуса 90 мм и полное сжатие пружины . На втором этапе грузы зафиксировали на минимальном радиусе 40 мм, тем самым выключив работу центробежных сил по сжатию пружины, и замерили потери кинетической энергии на аэродинамическое сопротивление и трение деталей. В таком виде маховик поднялся на высоту 980 мм, потеряв 120 мм. На третьем решающем этапе убрали фиксатор грузов и включили в работу центробежные силы . Как и на втором этапе, центробежный регулятор скорости Уатта начал падать, раскручиваясь с высоты 1100 мм, сжал пружину и поднялся на высоту 1030 мм, то есть превысил высоту второго этапа на 50 мм !
Прецессионный генератор свободной энергии. Описание экспериментов
Физический эффект прецессии — один из многих инструментов, предоставленных человечеству Природой для получения свободной энергии. Он является ключом к неиссякаемым кладовым консервативных сил потенциальных полей. Академическая физика уже много лет замалчивает этот факт. В массовых тиражах справочников для инженеров и студентов вы не найдете выводов о том, что мощность на валу момента сил прецессии гироскопа является даровой энергией, возникающей в результате действия таких внешних сил, приложенных к оси ротора, как, например, гравитационная энергия силы веса смещенного центра масс ротора, а отнюдь не благодаря превращению электрической энергии, питающей ротор гороскопа, в механическую. Учебник 1964 года [3] кратко знакомит с теорией гироскопов лишь узкий круг посвященных в тайны ФЭП, будущих инженеров-авиастроителей, прежде чем им предстоит изучать схемы и конструкции авиационных гироскопов.
В учебнике выводятся формулы законов движения гироскопа на механических моделях, где в качестве внешней силы приложенной к оси ротора используется вес гири, то есть сила энергии гравитационного поля, мощность которого в виде момента сил прецессии утилизуется даром! Вызывает недоумение, почему же этот автор и другие не делают следующий, такой очевидный шаг в своих рассуждениях? Конечно же, чтобы инициировать получение мощности потребителем с вала прецессирующего гироскопа необходимо вначале одноактно аккумулировать электрическую энергию в виде кинетической энергии вращения маховика, а затем сколько угодно времени лишь восполнять её малые потери на трение, ведь по теории на производство мощности сил прецессии энергия ротора гироскопа не затрачивается.
Для того чтобы подтвердить этот факт, был проведен простой эксперимент. Его цель — проверить, потребляется ли дополнительная электроэнергия мотором гироскопа в процессе утилизации гравитационной энергии на валу прецессии. Для этого мы использовали схему опыта предложенного К.Э.Суорцем.
В книге К.Э.Суорца [4] дано изложение начал физики. Там находим описание и трактовку опыта с гироскопом. Цитирую. «Вы можете сделать поразительный образец волчка (или гироскопа) с помощью велосипедного колеса. Подвесьте один конец оси снятого переднего колеса на шнурке, как показано на схеме (рис.3). Отпустите другой конец оси, чтобы колесо поддерживалось только шнурком. Сразу же появляется неуравновешенный момент сил, опрокидывающий колесо. На колесо действует сила тяжести, приложенная к его центру и направленная вертикально вниз. Плечо этой силы равно расстоянию от центра колеса до точки закрепления шнурка.
Теперь проделайте то же самое, но на этот раз попросите кого-нибудь раскрутить колесо, прежде чем вы его отпустите. На него по-прежнему будет действовать тот же самый неуравновешенный момент силы тяжести, но колесо не опрокинется и не упадет. Оно останется вертикальным, а его ось будет медленно поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг шнурка.
Почему колесо не опрокидывается, и откуда берется момент импульса, связанный с движением его центра по горизонтальной окружности?
В опыте по схеме Суорца ротор в виде велосипедного колеса был заменен цилиндрическим ротором электромотора диаметром 10 см, скоростью вращения в 15 тыс. об\мин и весом около 2 кг. Плечо момента гравитационных сил составило 10 см. На вал прецессии диаметром 1 см был намотан шнур, нагруженный через блок гирей весом 200 г, для того чтобы снимать полезную мощность с вала N = m · g · h / t. В состоянии покоя зафиксированный мотор на максимальных оборотах потреблял постоянный ток напряжением 25 В и силой 0,5 A. Мощность тока составила 12,5 Вт. Угловая скорость вала прецессии составила один оборот за пять секунд. В процессе совершения работы по подъему гири на высоту в 1 м при наматывании шнура на вал прецесии показания амперметра и вольтметра не изменились. То же самое наблюдалось при резком торможении вала прецессии. Также нами были сравнены время полной остановки вращения ротора электродвигателя, находящегося в покое — без всякой нагрузки и с нагрузкой гирей на вал прецессии после отключения питания. В обоих случаях оно составило 31 мин. Кроме того, гироскоп с уже выключенным мотором в течение 17 мин. совершал работу по подъему гири. Вывод: мотор гироскопа в процессе утилизации гравитационной энергии на валу прецессии дополнительной электроэнергии не потреблял!
Сущность получаемого механического эффекта обусловлена природным физическим эффектом, наблюдаемом в гироскопе: взаимосвязью констант двух моментов импульсов вращения — собственно маховика и прецессионного вращения гироскопа, а также эффекта квантования момента импульса прецессии по величине параметра L / R 2 , где: L — радиус инерции прецессирующей массы маховика и плечо действия гравитационной силы; R — радиус инерции вращения маховика. Другими словами, сила действия гравитации (веса) на плечо при изменении этого параметра каждый раз ограничена пределом константы квантования момента импульса маховика, в котором избыточный инерционный момент (центробежный момент сил инерции) противостоит гравитации, и в котором сохраняется вертикальная плоскость вращения маховика. В этом случае маховик не падает.
Генератор Маринова-Богомолова (ГМБ)
В 1998 г. у меня возникла идея реализовать принцип УЭПП, используя систему ультразвуковых резонаторов, перспективных для использования в технических устройствах при получении в массе их вещества не скомпенсированных центробежных сил инерции волновых импульсов. Однако вначале я решил сделать более простую, дешевую механическую модель на пружинных маятниках для лабораторных исследований, удобную для расчетов УЗВ маятников-резонаторов.
Отличие нашей схемы (рис.4) от схемы центробежного вибратора состоит в том, что вращательное движение маховиков-дисбалансов было заменено колебательным движением балансирных маятников. Кинематическая схема нашей установки похожа на выше показанную схему Суорца, но построена как система балансирных маятников. Первый балансирный маятник — это подпружиненный рычаг-качели (1), закрепленный на прочном основании, на котором груз (2) колеблется с собственной резонансной частотой на валу отбора мощности (3). Второй балансирный маятник — подсистема, выполняющая роль груза (2) первого. На рычаге (4) маятника колеблется груз (5) 50 кг с собственной резонансной частотой, равной основной частоте первого, но со сдвигом по фазе на четверть периода.
Взаимодействие масс грузов двух маятников в нашей схеме является следствием действия физического эффекта прецессии .
При частоте вращения груза (8) равной около 1 Гц первый и второй маятники приходят в резонанс, начинают колебаться с максимальной амплитудой через 2 секунды после включения электромотора. Это движение на выходе вала качелей имеет следующую характеристику: колебание вращения на углу 7-10 градусов с частотой около 1 Гц. Выходная мощность, которая регистрировалась путем торможения, была определена равной около 3 КВт.
Так как груз (5) 50 кг развивает мощность импульса в 3 КВт за 2 сек , используя мощность инициирующего устройства равную 8 Вт (на два порядка большую), очевидно, что данный прирост мощности не может быть получен за счет аккумуляции в механизме энергии электродвигателя. Для аккумуляции такого количества энергии потребовалось бы более 6 мин .
В журнале Cassier’s Magazine Том 29, в 1906 году были показаны несколько схем, в которых предполагается использовать особую геометрию ротора для создания асимметричного внутреннего давления газа или другой упругой среды, возникающей при его вращении. Отметим, что Луи Кассиер (Louis Cassier) в период 1891–1913 год (более двадцати лет подряд) публиковал интереснейшие статьи о развитии техники. Благодаря ему, многие идеи изобретателей того времени нам сейчас известны. Архивы его журнала на английском в свободном распространении можно найти в Интернет. Схема, представленная на рис. 28, судя по информации из журнала Cassier’s Magazine, предложена публике в 1902 году.
Рис. 28. Ротор заполнен газом или другой упругой средой
Каждый из четырех элементов корпуса (лучей) снабжен клапаном для накачки внутрь него воздуха или какого-либо газа. Устройство не начинает вращаться самостоятельно. Для запуска, его необходимо привести во вращение рукой. Автор данного изобретения нам пока не известен. Схема очень перспективная, и не имеет аналогов по простоте конструктивного исполнения.
Векторная схема показана на рис. 29, где отмечено наличие тангенциальной компоненты, обуславливающей вращение ротора машины.
Рис. 29. Схема с расположением векторов сил
Рис. 30. Ротор с 8 лучами
Устройство, показанное на рис. 31, предлагается мной для практического применения, в области энергоснабжения и движителей аэрокосмических систем.
Рис. 31. Элемент ротора Фролова. Показаны осевая и тангенциальная составляющие силы
В таком варианте, можно ожидать проявление не только тангенциальной составляющей силы, но и ее осевой компоненты. Наличие осевой компоненты позволяет получать осевую движущую (подъемную) силу.
Рис. 32. Ротор с фрезеровкой полостей
Рис. 33. Турбина Герона Александрийского
Рис. 34. Ротор Сегнера. Вода входит через ось вращения
Важные нюансы. Первое, при условии, что система герметичная , и вода поступает в ротор самостоятельно за счет перепада давления, а не накачивается насосом, такой ротор будет самоускоряться, пока в него поступает вода. В центре, вдоль оси, поток воды движется с меньшей скоростью, чем на выходе, поэтому сечение трубы на входе должно быть больше суммарного сечения всех сопел. Отметим, что кроме крутящего момента, в конструкции создается парный эффект – осевая тяга.
Другая конструктивная тонкость – рабочая жидкость должна быть сжимаемая . Алгоритм включает фазы сжатия за счет центробежных сил и расширение, при этом в системе возникает дополнительная кинетическая энергия за счет высвобождения потенциальной энергии сжатия. Прирост кинетической энергии потока мы сможет использовать на крыльчатках турбины или другим способом. Для выполнения этих условий, необходимо позволить воде при движении ускоряться за счет влияния центробежных сил. Оптимальной траекторией ее движения, теоретики называют логарифмическую спираль переменного радиуса, показанную на рис. 35.
Рис. 35. Логарифмическая спираль
Некоторые современные центробежные насосы и вентиляторы уже имеют именно такую конструкцию лопастей или траектории движения рабочей массы, поэтому они очень эффективны. В упрощенном варианте, движение массы воды по плоской или конусной спирали с любым увеличением радиуса, дает воде возможность ускоряться, и создавать дополнительный крутящий момент для ротора.
Возможно, использование воздуха в роли рабочей массы будет проще, но он намного легче, поэтому скорости вращения будут значительно больше, а это потребует качественного изготовления вращающихся деталей машин и обработки (полировки) корпуса. Теоретически, все представляется не очень сложным.
Рис. 36. Вариант принципиальной схемы генератора Клема
Рис. 37 Принцип работы привода Клема. Вариант конструкции
Для этого спираль должна иметь увеличение шага при увеличении радиуса, а также желательно увеличивать сечение канала, по которому идет жидкость, по мере приближения к соплу. Это не отмечается в статьях про двигатель Клема, но предполагается теоретически.
Здесь есть несколько факторов. Суть не только в реактивном эффекте Сегнера. Ускорение движущейся по спирали жидкости, взаимодействующей с ротором, приводит к тому, что она передает ротору момент вращения. На входе в ротор, скорость жидкости равна скорости вращения ротора. На участке траектории перед соплом, жидкость движется быстрее ротора (прибавка скорости обусловлена центробежным эффектом). Таким образом, ротор ускоряется, а при определенной скорости вращения, внешний привод можно отключать, и машина переходит в режим генератора энергии. Для оптимального использования кинетической энергии струи после выхода из сопла, в конструкции целесообразно применить наклонные отражатели – лопасти крыльчатки турбины.
Таким образом, в данной конструкции есть три ключевых аспекта:
1. Реактивный эффект Сегнера ускоряет ротор.
2. Ускорение жидкости, при наличии возможности увеличения радиуса ее движения под действием центробежной силы, приводит к тому, что она движется быстрее ротора, и сообщает ему дополнительный крутящий момент.
Известно, что первый мотор не выдержал нагрузок, и разрушился. Второй вариант двигателя Клем сделал более прочным. В данном варианте, мотор имел мощность примерно 350 л.с. и весил около 90 кг.
Рис. 38. Слева на фото: детали оригинальной конструкции. Справа – компьютерная модель
Изобретатель искал поддержку в финансовых и промышленных кругах, легко убеждая их в преимуществах данной технологии. Он как-то сказал, что если автомобильная индустрия примет его новое изобретение, то водители смогут лишь менять масло в его моторе каждые 150000 миль, но никогда более не покупать бензин в промежутках между этим.
Теория механических центробежных машин, способных работать в режиме самовращения, требует серьезной проработки. В общих чертах, можно сказать, что центробежная сила и другие инерциальные эффекты относятся к области эфиродинамики. Инерция – свойство среды, окружающей тело. Это внешние силы, а не внутренние силы замкнутой системы. Аналогично аэродинамике, при наличии градиента давления среды, в такой открытой системе создается движущая или подъемная сила, а в некоторых случаях, обе компоненты.
Рассмотрим не менее известный, чем двигатель Клема, и более ранний по времени, самовращающийся генератор энергии Шаубергера. В наши задачи не входит рассмотрение способов создания активной (нереактивной) движущей силы, которая используется в конструкциях летательных аппаратов. Мы рассмотрим изобретения Виктора Шаубергера (Viktor Schauberger) только как технические решения, практически полезные для разработок новых источников энергии. Однако, отметим, что обе компоненты движущей силы (осевая и тангенциальная) позволяют использовать такую машину как в роли источника энергии, так и в роли активного (нереактивного) движителя для летательного аппарата, или другого транспорта, например, для авиации, морского, речного, автомобильного или железнодорожного транспорта.
История изобретателя Виктора Шаубергера очень интересна, особенно тем, что все принципы своих машин он нашел в наблюдениях за Природой. Его основное место работы – лесничество в Австрии, где он разрабатывал агротехнические технологии, отраженные в его патентах.
Общая схема его установки нам уже знакома по работам Клема. Версия машины, показанная на рис. 39, слева, предложена Леопольдом Шерьжю. Известно, что она не была реализована, поскольку в ней есть недостатки. Согласитесь, схема очень похожа на конструкцию Ричарда Клема, но у Шерьжю нет конусного ротора. По-моему, этот недостаток является критическим. Вращение жидкости создает центробежную силу, которую мы должны использовать для увеличения кинетической энергии рабочего тела. Для выполнения этого условия, радиус вращения жидкости должен постепенно увеличиваться, желательно по траектории логарифмической спирали, что дает возможность увеличения радиальной компоненты скорости жидкости за счет влияния центробежной силы.
Рис. 39. Принципиальная схема генератора Леопольда Шерьжю (слева) и центробежной машины Фролова (справа)
Это решение предложено на рис. 39, справа, конструкция Фролова, 2011 год. В настоящее время, проект по созданию работоспособного генератора Шаубергера развивается, и мы приглашаем к участию в проекте заинтересованных инвесторов и производственных партнеров.
Интересно, знал ли Ричард Клем про работы Виктора Шаубергера? Это кажется маловероятным, ведь Ричард работал простым оператором тяжелой техники, в частности, разбрызгивателя горячего асфальта. Скорее всего, эти два изобретения являются двумя независимыми проектами, при рассмотрении которых, полезно найти аналогии и сделать выводы для конструирования машин данного типа.
Слева внизу – электрогенератор и шкив. Ротор сделан из медных трубок, огибающих конус, как показано на фото рис. 41.
Рис. 41. Устройство в музее Шаубергера, Австрия
Аэрированная жидкость обладает упругостью, что позволяет накопить потенциальную энергию при сжатии жидкости под действием центробежных сил, а затем, преобразовать ее в кинетическую энергию ротора. Мы уже отмечали этот нюанс: упругость рабочего тела, в таких конструкциях, необходима для преобразования потенциальной энергии. Центробежная сила сжимает рабочую массу, в ней увеличивается потенциальная энергия. Далее, при движении по спирали с увеличением радиуса, эта энергия преобразуется в кинетическую энергию рабочей массы, ее ускорение, а также, в увеличение крутящего момента ротора.
Кроме того, упругая среда необходима, так как несжимаемые жидкости не могут двигаться сплошным потоком с ускорением, без разрывов и турбулентности.
Интересная особенность конструкции сопла в машине Шаубергера: применяется вставка, которая не вращается, но создает спиральное вращение воды на выходе из трубки, рис. 42.
Известно, что устройство Шаубергера не только выходило на режим самовращения, но и создавало большую осевую (вертикальную) силу тяги. Одно из устройств Шаубергера, при испытаниях, взлетело, пробило крышу и разрушило часть здания.
Судьба изобретателя привела его в Америку, где он поссорился с партнерами, хотя его генератор очень хорошо работал. Подписав контракт на английском, которого он не понимал, Шаубергер вернулся в Европу. Позже он узнал, что по контракту, он передал все права на свои разработки американцам, а сам более не имеет прав заниматься этими исследованиями.
Аналогичная разработка, использующая воздух, была известна в 1960-х годах в США. Автор Карл Хаскел (Haskell Karl). В настоящее время, она развивается группой под руководством Рона Роквела (Ron Rockwel). Патента на данное изобретение нет, и очень мало информации, но можно отметить особенности этой самоподдерживающейся турбины: обороты достигают 100 тысяч оборотов в минуту. На турбину подается высокий электрический потенциал, видимо, для снижения трения, поэтому, в процессе работы, воздух ионизируется.
Рис. 43. Схема центробежного электролизера Фролова
Суть изобретения состоит в том, что центробежные силы, которые создаются при вращении, действуют на газовый слой, и отрывают его от поверхности электродов. Газ (водород), в такой конструкции, собирается около оси вращения и может оттуда извлекаться для полезного использования. Кислород, в данной конструкции, предполагалось освобождать в атмосферу (отверстия в крышке). Величина центробежной силы, определяющая эффективность процесса, должна быть максимальной, что ограничивается только конструктивными возможностями. Расход энергии привода нужен на этапе разгона ротора, но на поддержание вращения требуются минимальные затраты. В данном центробежном электролизере, эффективность обуславливается созданием оптимальных условий поляризации молекул воды вблизи поверхности электродов, при отсутствии на ней газовой пленки (или при частичном уменьшении ее влияния). Фактически, этим методом снижается начальное напряжение диссоциации, что приводит к уменьшению расхода электроэнергии. Развитие проекта и эксперименты по предложенному мной методу, возможны при наличии заинтересованного в данной теме заказчика. Я не патентовал данным метод. Его зарубежные аналоги известны, например, в работах японского ученого Омаза (Ohmasa), компания Japan Techno, используются низкочастотные вибрации в электролизере, причем они обеспечивают именно вращение воды, а не только вибрации, что эффективно устраняет газовый слой с поверхности электродов. Технология описана в международном патенте WO 03/048424A1, который подан в 2004 году.
Рис. 44. Схема вращающегося электролизера Студенникова и Кудинова
Особенности применяемого авторами химического состава электролита в том, что в нем есть тяжелые анионы и легкие катионы. Электролит подают внутрь ротора, вращающегося с большой скоростью. В поле центробежных сил в электролите происходит разделение среды на легкие и тяжелые ионы, что приводит к появлению радиальной разности потенциалов, а затем к возникновению электрического тока, контур которого замыкается через вращающийся металлический ротор. Мощность привода, в экспериментах авторов, составляла 5 кВт. Скорость вращения – от 1500 до 40000 оборотов в минуту. Таким образом, внешний источник электроэнергии для электролиза здесь не требуется. Необходимо привести электролит во вращение, а затем, в электролите создается разность потенциалов, поддерживающая процесс диссоциации. При замыкании внешней цепи, в ней идет ток проводимости, который может обеспечивать значительную мощность в полезной нагрузке, при этом, процесс идет с выделением газа (кислорода и водорода) из электролита.
При использовании кислотного электролита, вблизи оси вращения образуются положительные ионы водорода. Получив из металлического корпуса электроны, они рекомбинируют в молекулы водорода. Более тяжелые анионы собираются на периферии вращающегося объема, отдают электроны в корпус металлического ротора, что приводит к образованию молекул кислорода.
Центробежными силами, легкие молекулы кислорода выталкиваются более тяжелыми ионами к оси вращающегося объема электролита. Через отверстия в валу, образующиеся молекулы кислорода и водорода удаляются из вращающегося объема, и подаются потребителю. Данная электрохимическая реакция разложения воды является эндотермической, то есть может продолжаться только при наличии теплообмена с внешней средой. С этой целью, на вход теплообменника поступает остывший на периферии вращающегося объема осадок, а в центральную область вращающегося объема подается подогретый до температуры окружающей среды электролит. Добавление чистой воды извне необходимо, по мере разложения воды на кислород и водород.
По данным авторов-разработчиков, теоретически, на каждый ватт затраченной механической мощности, из внешней среды поглощается от 20 до 88 ватт теплоты, соответственно производимому из воды количеству газа. Это означает эффективность 20 к 1 или даже 88 к 1. В такой конструкции, один кубический метр условного рабочего объема электролизера, позволял бы получать за секунду 3,5 кубометра водорода.
Получение тепла путем кавитации при разнообразных способах вращения воды, подробно рассматривать не будем. Желаюшдм изучить основы вихревых теплогенераторов (ВТГ), рекомендую найти в Интернет работы Юрия Семеновича Потапова. С моей точки зрения, избыточная тепловая энергия в таких устройствах также является результатом преобразований свободной энергии эфира путем использования центробежных инерциальных эффектов, возникающих при вращении рабочей жидкости: вращение создает давление, сжатие рабочей жидкости и увеличение ее потенциальной энергии, что можно использовать для создания автономных источников энергии. Все остальные эффекты в устройствах кавитационного типа являются вторичными.
Рис. 45. Схема двухступенчатой электростанции КТЭС Потапова
Глава 11. Суд
Глава 11. Суд Суд как суд. Обычный советский. Всё было предрешено заранее. После двух заседаний в июне 1986 г. МВТС под председательством академика А. П. Александрова, где доминировали работники Министерства среднего машиностроения — авторы проекта реактора, была объявлена
Целебная сила искусства
Целебная сила искусства Еще известный советский психолог Л.С. Выготский утверждал, что искусство имеет компенсаторную функцию. Это делает его особенно важным для стабилизации и коррекции психофизического состояния космонавта. Наиболее эффективными в таком случае
СЛАБОСТЬ И СИЛА ПРИЕМОВ
Сила фантазии
Сила фантазии Стало прописной истиной, что фантазия играет огромную роль в любой творческой деятельности, в том числе и научно-технической. Но удивительный парадокс: признание величайшей ценности фантазии не сопровождается планомерными усилиями, направленными на ее
Сила зазеркалья
Сила и скорость
Сила и скорость Большая скорость – очень важное преимущество в бою. Более быстрый корабль выбирает выгодную для себя позицию и дистанцию боя. Если его командир захочет, он всегда может увеличить или уменьшить дистанцию; если противник уклоняется от боя, он может его
10.2. Сила идеи. Какую идею можно назвать действительно хорошей?
10.2. Сила идеи. Какую идею можно назвать действительно хорошей? Любое человеческое деяние, включая создание организаций и творчество, начинается с некой идеи. Высказанная вовремя великая идея обладает невероятной мощью и созидательной способностью. Для бизнеса
СИЛА МИЛЛИАРДОВ
СИЛА МИЛЛИАРДОВ ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА Для начала давайте поставим самовар.Было углей в самоваре полно, а вскипел самовар — и на дне одна зола. Где угли?Как где? Сгорели. С кислородом соединились. Обернулись летучим газом и улетели в трубу. Это каждый знает. А кто не поверит,
СИЛА МИЛЛИАРДОВ
СИЛА МИЛЛИАРДОВ Если обычный ураган разрушает целые поселки, то что способен наделать взрыв — железная буря?Взрыв, пожалуй, сдунет дома в целом городе, словно крошки с чайного стола.На деле этого не случается.Бывает, конечно, что взлетает от взрыва дом. Но соседним домам
Созидательная сила изоляции
Созидательная сила изоляции Наиболее яркое подтверждение своей теории Дарвин нашел в островных местах обитания, например, на Галапагосских островах. Вьюрки, которых он первым описал, сильно отличались от вьюрков, обитающих в других частях света. В отсутствие на островах
ИСКУССТВЕННАЯ СИЛА ТЯЖЕСТИ
ИСКУССТВЕННАЯ СИЛА ТЯЖЕСТИ Над проблемой человек в невесомости давно работают многие специалисты космической медицины, но, несмотря на наличие экспериментальных данных, много вопросов, связанных с влиянием невесомости на человека, остаются пока неразрешенными.
СИЛА МАГНИТА
СИЛА МАГНИТА Задолго до революции было замечено, что в курских степях компас шалит. Его стрелка не смотрит прямо с юга на север, а отклоняется: в разных местах в разную сторону и с разной силой.Отмечая эти магнитные склонения, московский геофизик Эрнест Лейст вычертил
СИЛА ПОТОКА
СИЛА ПОТОКА Электрические станции в большинстве построены у нас на дешевом топливе, которое раньше считалось бросовым: на буром угле, на торфе, на угольной мелочи. Но станции еще есть и на реках — на дешевом источнике энергии.Большую гидростанцию соорудить не легко. Надо
Глава 3 Эффект Магнуса и сила Лоренца
Глава 3 Эффект Магнуса и сила Лоренца Аналогично крылу Жуковского – Чаплыгина, сила Магнуса возникает за счет разности давления потока среды на поверхность вращающегося цилиндра. Данный эффект был открыт немецким ученым Г. Г. Магнусом (H. G. Magnus) в 1852 году. На рис. 8 показана
Глава 27 Хрональная движущая сила
Когда давление или натяжение со стороны каких-либо тел вынуждает некоторое движущееся тело отклоняться от прямолинейного пути, мы говорим, что отклоняющееся от прямолинейного пути тело развивает центробежную силу инерции, направленную противоположно центростремительной силе, с которою тела, вызвавшие искривление траектории, давят на движущееся тело или тянут его. По закону равенства действия и противодействия эти две силы численно всегда одинаковы, поэтому центробежная сила определяется формулой
Центростремительная сила направлена всегда к центру кривизны и приложена к движущемуся телу; центробежная сила равна центростремительной по величине, но направлена в противоположную сторону, т. е. от центра кривизны в сторону выпуклости траектории, и приложена к телам, вызывающим искривление траектории движущегося тела.
Массивный шар, подвешенный на прочной нити, натягивает ее при покое с силой тяжести шара но, будучи приведен в колебание, он натягивает ее с силой большей, чем его тяжесть, на величину развиваемой им центробежной силы инерции:
Автомобиль, проезжающий помосту, несколько прогибающемуся под его тяжестью, давит на мост с силой, превышающей вес автомобиля на величину центробежной силы инерции. Поэтому при прочих равных условиях давление автомобиля на вогнутый мост будет тем более велико, чем больше скорость движения автомобиля. Чтобы избежать действия центробежных сил, мосты делают обычно несколько выпуклыми (рис. 24). В этом случае вес быстро движущихся по мосту машин частью проявляется динамически, сообщая им центростремительное ускорение, направленное вниз; поэтому давление на выпуклый мост быстро проезжающих по нему машин будет меньше их веса.
На закруглениях пути колеса вагонов поезда или трамвая оказывают внешний рельс горизонтальное давление вследствие
Рис. 24 Проезжая по выпуклому мосту, автомобиль давит на моете силой, меньшей своего веса
развиваемой вагоном центробежной силы инерции. Чтобы не происходило опрокидывания вагона, равнодействующая давления, создаваемого весом вагона, и центробежной силы должна быть направлена между рельсами перпендикулярно к поверхности рельса; для этого на закруглениях внешний рельс прокладывают несколько выше внутреннего (рис. 25).
Рис. 25. На закруглениях внешний рельс укладывают выше внутреннего,
По аналогичным причинам конькобежец, описывая окружность, наклоняет свой корпус к центру окружности (рис. 26). Отметим еще раз, что на рис. 25 и 26, как это вообще принято в данном курсе, волнистыми стрелками показаны статические проявления сил (в первом случае — сил, приложенных к рельсу, во втором — ко льду). На рис. 26, кроме того, показано, как реакция опоры и вес конькобежца обеспечивают в сумме центростремительную силу, которая приложена к центру инерции конькобежца и проявляется динамически в центростремительном ускорении при движении конькобежца по дуге окружности. Точно таким же построением можно было бы дополнить и рис. 25. Центростремительное ускорение, обеспечивающее движение вагона по закруглению пути, при правильном подъеме наружного рельса (как и в случае, изображенном на рис. 26) создается за счет геометрической суммы реакции рельсов и веса вагона. Наклон полотна хотя и не устраняет горизонтальной составляющей давления колес на рельсы, но снижает (при правильном угле наклона — до нуля) боковое давление бандажей, параллельное плоскости шпал. Если бы наружный рельс не был приподнят и, таким образом, на закруглениях вагон двигался бы строго вертикально, то, кроме тенденции к опрокидыванию, развивались бы большие силы, смещающие крепление рельсов к шпалам; в этом случае центростремительная сила на закруглениях пути создавалась бы за счет указанных сил, стремящихся оторвать наружный рельс, тогда как при правильном наклоне полотна никаких смещающих сил в плоскости полотна нет, так как итоговое давление на рельсы перпендикулярно к этой плоскости,
В случаях, подобных представленному на рис. 26, центростремительная сила приложена к центру тяжести движущегося тела, а точки приложения центробежной силы определяются геометрическими условиями соприкосновения движущегося тела с телом, к которому приложена центробежная сила и противодействие которого обеспечивает кривизну траектории; поэтому указанные
численно равные силы хотя и направлены, как действие и противодействие, антипараллельно, но не по одной прямой.
Вещество вращающегося твердого тела находится в напряженном состоянии, так как каждая частица вращающегося тела развивает центробежную силу инерции, приложенную к смежным частицам тела, препятствующим рассматриваемой частице удалиться от оси вращения. Силы инерции, направленные по радиусу от центра, стремятся оторвать внешние слои вещества от внутренних.
Рис. 26 Описывая дугу окружности, конькобежец наклоняет свой корпус так, чтобы реакция льда проходила через центр тяжести тела, тогда равнодействующая реакции R и веса дает центростремительную силу
Если прочность вещества недостаточна, то при большой скорости вращения центробежные силы инерции разрушают тело, разрывая его на части. Во избежание подобных аварий все быстро вращающиеся части машин (роторы) и быстроходные маховики изготовляют из наиболее прочных металлов (обычно из стали).
О величине центробежных сил инерции во вращающихся частях машин можно судить по следующему примеру. Ротор одного из гирокомпасов при диаметре 12 см и весе 2,5 кг делает 20 000 об/мин. Центробежная сила, развиваемая на его ободе какой-либо массой, в 25 тысяч раз превышает вес этой массы.
Силы инерции часто оказывают разрушительное действие на отдельные части машин. Когда колесо насажено на ось так, что вся масса его распределена симметрично относительно оси вращения, то центробежные силы инерции, развиваемые отдельными частицами колеса, уравновешиваются на оси вращения и сказываются только в упругом натяжении вещества колеса. При очень больших скоростях это натяжение может привести к разрыву колеса. Но если масса колеса распределена относительно оси вращения несимметрично, то уже при сравнительно небольших скоростях центробежные силы инерции, которые в этом случае не уравновешиваются на оси, могут привести к поломке оси.
У колес паровоза несимметричное распределение сил инерции способно создать одностороннее давление на ось в несколько тонн; в связи с этим при вращении такого колеса давление колеса на рельс то возрастает (когда результирующая неуравновешенных центробежных сил направлена вниз), то убывает (когда она направлена вверх) — рельс как бы находится под действием ударов тяжелого молота.
При проектировании какой-либо новой машины производят детальный расчет сил инерции, которые могут возникнуть в ней при различных условиях ее работы. С проявлением неуравновешенных сил инерции приходится вести борьбу посредством точного распределения масс и согласования движений отдельных частей машины.
Но силы инерции, в частности центробежные силы, имеют в технике также и положительное применение, весьма обширное и разнообразное (работа молотов, центробежные машины, центрифуги и т. д.).
Неравномерное нагревание различных областей земной атмосферы приводит к возникновению зон повышенного или пониженного давления воздуха. Перепады давления обусловливают движение обширных масс воздуха, который вытекает из зон повышенного давления и втягивается в зоны пониженного давления. В результате этих движений образуются крупномасштабные атмосферные вихри, называемые циклонами и антициклонами… Читать ещё >
Сила Кориолиса. Центробежная сила ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Пусть пеинерциальная система отсчета К связана с телом, которое вращается с постоянной угловой скоростью й относительно инерциальной системы отсчета К. Оси z и z направим так, чтобы они совпали с осью вращения этого тела. В таком случае вектор угловой скорости и будет направлен вдоль оси z (рис. 11.3).
Рис. 11.3. Неинерциалъная система отсчета К вращается относительно инерциальной системы отсчета К.
Векторы i и j, определяющие направления координатных осей х и у неинерциальной системы отсчета К, будут вращаться вместе с ней и только иногда будут совпадать с векторами *i и j инерциальной системы отсчета К. Вследствие этого один и тот же вектор в разных системах отсчета будет иметь различные координаты. Например, некоторый вектор 6.
можно представить так:
aside itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">
где х, Ьу, Ьг) и x l Ьу 1 6^> - координаты этого вектора в системах отсчета К и К соответственно. В частности, радиус-вектор г произвольной точки Р пространства также можно записать в виде разложений (рис. 11.4).
Рис. J 1.4. К выводу формул преобразования координат.
Нетрудно показать, что проекции х, у, z и х, у, z вектора г связаны соотношениями.
которые называются формулами преобразования координат при повороте координатных осей на угол эти уравнения можно записать в векторной форме.
— векторы скорости и ускорения материальной точки в системе отсчета К. В справедливости уравнения (11.23) нетрудно убедиться, подставив в него разложения векторов г, v, о и ш по единичным ортам i, i, к. Вычислив произведения и приравняв коэффициенты при векторах t, j и к в левой и правой частях полученного равенства, придем к уравнениям (11.22). Преимущество векторной формы записи уравнений движения выражается в частности в том, что уравнение (11.23) сохраняет свой вид в любой системе отсчета, которая неподвижна относительно системы отсчета К и имеет с ней общее начало.
Из уравнений (11.2) и (11.23) следует, что ускорения а и а отличаются друг от друга на вектор
Первое слагаемое в этом выражении называется ускорением Кориолиса (Гюстав Кориолис (1792 — 1843) — французский физик), а второе — центростремительным ускорением.
Так как уравнения (11.3) и (11.23) эквивалентны, при их сравнении найдем, что сила инерции в рассматриваемом случае равна.
называется силой Кориолиса, а вектор
— центробежной силой. Как видно из формулы (11.25), сила Кориолиса действует на частицу, которая движется относительно вращающейся системы отсчета. Из формулы (11.26) следует, что центробежная сила действует на частицу во вращающейся системе отсчета независимо от того, движется она или покоится относительно этой системы отсчета. Из уравнений (11.22) или из формулы (11.26) можно найти, что проекции вектора центробежной силы равны.
Из этих формул следует, что центробежную силу можно описать формулой.
где есть вектор, перпендикулярный к оси г, т. е. к оси вращения системы отсчета К. Таким образом, действующая на частицу во вращающейся.
Рис. 11.5. Центробежная сила.
системе отсчета центробежная сила направлена от оси вращения и перпендикулярна к этой оси (рис. 11.5). Причем модуль центробежной силы равен.
где R — расстояние от частицы до оси вращения. Рассмотрим несколько примеров, которые демонстрируют действие силы Кориолиса и центробежной силы.
Пример 1. Рассмотрим силы, которые действуют на тело, совершающее равномерное движение по окружности. Горизонтальный диск вращается с постоянной угловой скоростью и) вокруг неподвижной вертикальной оси, проходящей через его центр. На диске лежит небольшое тело, которое удерживается на его поверхности силой трения. С точки зрения наблюдателя в неинерциальной системе отсчета, связанной с диском, тело покоится потому, что действующие на него сила трения и центробежная сила инерции уравновешивают друг друга:
С точки зрения наблюдателя в инерциальной системе отсчета тело движется по окружности. Это движение можно описать при помощи второго закона Ньютона:
С учетом того, что линейная и угловая скорости связаны соотношением v = и R, придем к уравнению.
которое, как нетрудно видеть, эквивалентно уравнению (11.29), полученному при рассмотрении тела с точки зрения наблюдателя во вращающейся системе отсчета. Данный пример показывает, что оба эти способа исследования равноценны ("https://referat.bookap.info", 21).
Пример 2. Исследуем влияние центробежной силы на величину ускорения свободного падения тел у поверхности Земли. В тех случаях, когда требуется исследовать движение тел относительно земной поверхности с достаточно высокой точностью, необходимо учитывать действие сил инерции, вызванных вращением Земли вокруг своей оси.
Сила тяжести Р, с которой Земля действует на какое-либо тело, обусловлена не только притяжением тела к Земле, но и действием на это тело центробежной силы:
Сила тяготения Fepae направлена к центру Земли (рис. 11.6), а центробежная сила Рцб перпендикулярна ее оси. Практически наблюдаемое значение д т ускорения свободного падения пропорционально силе тяжести:
Определяемое силой тяготения без учета центробежной силы значение ускорения д удовлетворяет соотношению.
Расстояние Л от рассматриваемого тела до оси вращения Земли является функцией географической широты т свободного падения от широты ip. Согласно этой формуле наибольшее значение.
ускорение свободного падения принимает на полюсах Земли при
Прямая линия, вдоль которой направлена нить с подвешенным на ней покоящемся телом, называется вертикалью, или линией отвеса. Направление силы тяжести Р = т д Л совпадает с вертикальным направлением. Поэтому прямая, проходящая через центр Земли и какую-либо точку на ее поверхности, вообще говоря, не совпадает с линией отвеса в этой точке. Вертикаль направлена к центру Земли только на полюсах, где центробежная сила равна нулю, и на экваторе, где эта сила коллинеарна силе тяготения.
Пример 3 Одним из наиболее наглядных доказательств суточного вращения Земли вокруг своей оси является опыт с маятником, впервые проведенный Фуко в 1851 году (Жан Фуко (1819 — 1868) — французский физик-экспериментатор). Этот маятник представляет собой массивное тело (обычно это шар), подвешенное на длинном тросе для того, чтобы период колебаний был как можно большим. Крепление верхнего конца троса устроено так, что оно дает возможность маятнику свободно качаться в любом направлении практически без трения. Если заставить маятник совершать колебания в вертикальной плоскости, то ее положение по отношению к инерциальной системе отсчета не должно изменяться с течением времени, так как действующие на маятник силы (сила тяжести, реакция нити и сила сопротивления воздуха) лежат в этой плоскости и не могут заставить его двигаться в перпендикулярном к ней направлении, т. е. не могут изменить ориентацию плоскости качания маятника относительно инерциальной системы отсчета.
При длительном наблюдении за маятником Фуко видно, что плоскость качаний маятника медленно поворачивается вокруг вертикальной прямой, проходящей через точку, в которой закреплен верхний конец троса (рис. 11.7). Причем в северном полушарии плоскость качаний поворачивается по направлению часовой стрелки, если смотреть на маятник сверху, а в южном полушарии — в противоположном направлении. На экваторе плоскость качаний маятни- Рис. 11.7. Вращение плоскости ка остается неподвижной. качаний маятника Фуко
Поведение маятника Фуко можно объяснить действием силы Кориолиса (11.25). В северном полушарии сила Кориолиса отклоняет маятник вправо по ходу его движения (рис. 11.8). В результате действия этой силы траектория движения маятника в горизонтальной плоскости искривляется так, что маятник, совершив полное колебание, спустя время, равное периоду колебаний, при обратном движении приходит в точку Ач, не совпадающую с точкой А, в которой он находился период назад. Таким образом, плоскость качаний маятника поворачивается относительно Земли.
Рис. 11.8. Действие силы Кориолиса на маятник Фуко.
С точки зрения наблюдателя, находящегося в инерциальной системе отсчета, ориентация плоскости качаний маятника остается неизменной, а Земля поворачивается под маятником. Рассмотрим три точки А. В и С земной поверхности, расположенные на одном и том же меридиане на расстоянии г одна от другой (рис. 11.9). Скорости этих точек в инерциальной системе отсчета равны соответственно.
где Яд, Rb и Rc ~ расстояния от точек Л, Я и С до оси вращения Земли. Точки А и В движутся относительно точки С так, что их относительные скорости На — vc и vb — vc равны по величине и противоположны по направлению, т. е. точки А и В как бы вращаются вокруг точки С по окружности радиуса г со скоростью.
Время полного оборота плоскости качаний маятника найдем по формуле
где Т = 2т/и> - продолжительность суток. Из этих формул следует, что скорость вращения плоскости качаний маятника Фуко вокруг линии отвеса максимальна на полюсах Земли (Т0гплх = Т) и равна нулю на экваторе.
Рис. 11.9. К объяснению вращения плоскости качаний маятника Фуко.
Пример 4. Рассмотрим свободное падение тела на Землю. Пусть из точки А, неподвижной относительно Земли и расположенной на высоте h над ее поверхностью, без начальной скорости свободно падает небольшое тело. Опыт показывает, что такое тело касается поверхности Земли не в точке В, которая лежит на проходящей через точку А линии отвеса, а в некоторой точке В' на расстоянии s к востоку от точки В. Земной наблюдатель должен сделать вывод, что падающее тело отклоняется к востоку от линии отвеса под действием силы Кориолиса (рис. 11.10).
Рассмотрим теперь движение свободно падающего без начальной скорости тела с точки зрения наблюдателя в инерциальной системе отсчета. Если смотреть на Землю со стороны северного полюса (рис. 11.11), то видно, что точки А и В вращаются по окружностям, радиусы которых.
Вследствие этого скорость Va точки А будет больше скорости vb точки В на величину.
Рис. 11.10. Действие силы Кориолиса на падающее тело.
Рис. 11.11. Падающее на Землю тело отклоняется к востоку от линии отвеса.
Тело, падающее на Землю из точки А, будет двигаться в начальный момент времени относительно инерциальной системы отсчета со скоростью гтд. Так как эта скорость больше скорости точки В на земной поверхности, тело, приближаясь к Земле, будет отклоняться к востоку от линии отвеса со скоростью v относительно Земли. Время г падения тела можно найти из уравнения равноускоренного движения.
За это время тело отклонится к востоку на величину.
Из этой формулы видно, что отклонение от вертикали падающего на Землю без начальной скорости тела равно нулю на полюсах и максимально на экваторе. Если тело падает с высоты Л=100 му то согласно формуле (11.32) его отклонение от вертикали на экваторе будет s ~ 3 см.
Пример 5. Сила Кориолиса влияет на течение рек и атмосферные вихри. Как показывает пример с маятником Фуко, на тело, движущееся горизонтально у поверхности Земли, действует сила Кориолиса, которая в северном полушарии направлена перпендикулярно вектору его скорости вправо по отношению к направлению движения, а в южном полушарии — влево. Поэтому реки, текущие в северном полушарии, с большей интенсивностью подмывают правый берег. Вследствие чего этот берег всегда круче, чем левый. В южном полушарии, наоборот, реки подмывают свой левый берег.
Неравномерное нагревание различных областей земной атмосферы приводит к возникновению зон повышенного или пониженного давления воздуха. Перепады давления обусловливают движение обширных масс воздуха, который вытекает из зон повышенного давления и втягивается в зоны пониженного давления. В результате этих движений образуются крупномасштабные атмосферные вихри, называемые циклонами и антициклонами. Циклон — это спиральные ветры, дующие в области с низким давлением. Антициклон формируется в области с высоким давлением. На движущиеся над земной поверхностью массы воздуха действует сила Кориолиса, которая в северном полушарии отклоняет воздух вправо по ходу его движения, а в южном полушарии — влево. Поэтому в северном полушарии ветры в циклонах дуют вокруг зоны низкого давления против направления движения часовой стрелки, а в антициклонах — вокруг зоны высокого давления в противоположном направлении. Соответственно в южном полушарии ветры в циклонах дуют по часовой стрелке, а в антициклонах — против.
Читайте также: