Re: защо го споделяш с нас? / Наука / Природни науки / Астрономия

ИНЕРЦОИД
Не кoмпенсиране на импулс

Съгласно съвременната класическа механика не е възможно с преразпределение на материя, енергия и импулс в една затворена инерциална система (ЗИС) да се придобие постъпателно движение. Това не е вярно когато се разглеждат частни случаи когато един от импулсите в ЗИС не се компенсира от втори. По този начин е възможно движение без загуба на маса (обратно на случая с реактивното движение) и придобиване на движение без опора в дадена координатна система (К С) това което за по кратко наричаме инерцоид.

(Под ЗИС се разбира тяло за което вътрешната структура няма ограничения, т.е. разпределението на масите на съставящите го вътрешни тела, техните импулси съответно енергии могат да бъдат всякакви съгласно законите на механиката. Единственото ограничение е тялото да не обменя (да не предава или приема) маса, енергия и информация с други външни тела. Нагледно ЗИС разглеждахме като вагон чиито стени не пропущат нито навътре нито навън маса, енергия и информация и се намира в космоса където няма допълнително влияещи и сили. Тази престава ЗИС- вагон ще използваме и тука на чертежите. )

На на чертежа е показана постановката и теоретичното разглеждане на така наречения двигател инерцоид. На фиг.1 е показан ЗИС вагон – М и скоростта му V=0 спрямо КС. Масата на така наречения вагон – М включва непроницаемите му стени.

(КС в случая е показана с прекъсната зелена линия само вертикално, тъй като ни интересува само хоризонталното движението спрямо чертежа и линията преминава през всички фигури за да може нагледно да се проследи движението.)

Геометричния център (ГЦ) на вагона лежи върху КС и съвпада с център на масата (ЦМ, показан на чертежа) и на вагона и на телата m1 m2 и m3. На равни разстояния от двете страни на ЦМ са разположени телата m1 вляво спрямо ЦМ и m2 и m3 в дясно. Масите на телата имат следното съотношение:
m1= m2 + m3, m2 = m3, М= m1.
На чертежа тялото m3 (в син цвят, за нагледност) закрива тялото m2 ( в зелен цвят) тъй като те са разположени в една равнина. В центъра на тялото m1 има ос -1 спрямо която тялото m1 може да се върти свободно с някаква лагерна система. Телата m2 и m3, всяко поотделно, са свързани към оста -1 с връв -2 с дължина един радиус. Връвта закрепена за оста -1 също може да се върти свободно с някаква лагерна система.

(С цел да опростим разглеждания случай теоретично да приемем че въртенето окло така наречените лагерни системи става без триене. А връвта -2 (която може да се замени и с тънка твърда пръчка) е без масова, то и на практика масата на връвта ще е много малка част от масата на телата m1,m2 и m3)

Първоначално всички тела на фиг.1 са в покой спрямо КС. Но съгласно постановката на задачата телата m2 и m3 трябва да получат импулс в обратни посоки, т.е. тялото m2 получава импулс надолу (към пода по чертежа) а тялото m3 нагоре, както нагледно е показано със стрелки. Този импулс телата m2 и m3 придобиват при освобождаването на предварително натегната пружина -3 както схематично е показано на фиг.1.а.

(На фиг. 1.а е показно схематично натегнатата пружина -3, телата m2 и m3 (в случая m2 частично е закрито поради проекцията на виждане) и част от телата -4 на m2 и m3 които ще наречем легла -4 на които пружината -3 се опира така, че при освобождаването и m2 и m3 да придобият импулс със съответната скорости и посока.)

За нашия случай за разглеждането на същността на инерцоида е нужно да знаем само, че m2 и m3 получават равни импулси с противоположна посока със съответната скорост V= 14,14 m/s. А обясненията на фиг.1.а. (както и на фиг.1.1) само показват, че такова получаване на импулси за телата m2 и m3 е напълно възможно като конструкция и не противоречи на законите на механиката. Затова и така наречените обяснения на фиг.1.а. (както и на фиг.1.1) ще разгледаме отделно с цел да не усложняваме разглеждането на същността. Това разглеждане се налага защото силите действащи на телата трябва да останат симетрични спрямо ГЦ (съответно ЦМ) и съответно m2 и m3 трябва да получат централен импулс (скорости) за разглежданите процеси. Т.е. изискването за симетрии (нека го наречем така), възможно конструктивно и съгласуващо се със законите на механиката, ще разгледаме отделно.

Когато освободим натегнатата пружина (която е показана на фиг.1а) то потенциалната енергия на пружината ще предаде еднакво ускорение, импулс на m2 и m3 със съответната посока показано със стрелките и скорости V= 14,14 m/s . Но в случая телата m2 и m3 са свързани за оста-1 на тялото m1 чрез връвта-2. От което имаме съставно тяло което има свойствата на маховик (по точно се наслагват няколко частни случаи със съответните свойства на несиметричен двоен маховик с противоположни посоки на въртене).

( В случая m2 и m3 ще започнат да се въртят около m1 (по точно около оста -1). Ако допуснем, че имаме само едното тяло, примерно m2, то ще се върти около ЦМ на телата m1 и m2 . Но в нашия случай телата са две въртящи се в обратни посоки и съответното въртене на m2 и m3 ще е около оста -1 която е геометричен център на тялото m1. Това е така защото върху телата m1, m2 и m3 действат центростремителните и центробежни които са симетрични и равни спрямо оста-1. )

(„Термин «центробежная сила» (букв. cила, приложенная к поворачивающемуся или вращающемуся материальному телу, заставляющего его бежать от мгновенного центра поворота”
„Помните, что центростремительная сила приложена к вращающемуся телу, а центробежная сила – к связи”. )

Въртенето на тяло около ост се дава със ъгловата му скорост измервана в радиани. Но тази скорост може да се изрази и като периферна скорост, т. e. разстоянието изминато от тялото по диаметъра за единица време. Която периферна скорост е дадена на чертежа и която дава по добра представа за разглежданите в случая начални и крайни процеси. Като тялото m2 ще се завърти по посока на часовниковата стрелка (оцветено в зелено за нагледност). А тялото m3 (оцветено в синьо) ще се завърти обратно на часовниковата стрелка, както се вижда на следващите фигури.

От механиката е известно, че:

„Ако при въртене на тялото се измени инерчният момент, ще се измени и ъгловата му скорост и обратно.”

Ъгловата скорост на въртене и за двете тела m2 и m3 ще намалее еднакво поради симетрията на силите и ще е вече V= 12,24 m/s при завъртане на телата примерно на 45 градуса както е показано на фиг.2. Това е така защото тялото m1 става център на маховик и има линейно движение на ляво спрямо КС като това движение изменя инерчният момент на телата m2 и m3 тъй като те са свързани с m1 посредством връвта. Или казано m2 и m3 губят инерчен момент (въртящ момент, кинетична енергия) съответно скоростта им става V= 12,24 m/s а m1 придобива инерчен момент (кинетична енергия) със съответната скорост V= 7,07 m/s.

От механиката е известно, че:

„Ос, чието положение в пространството се запазва и въртенето около нея e с постоянна ъглова скорост, когато липсват външни сили или резултатния момент на външните сили е нула се нарича свободна.”

В нашия случай оста не е свободна, тъй като към оста (тялото m1) са приложени външни сили от m2 и m3. (Да отбележим, че оста -1 не е закрепена към нищо от ЗИС, термините от по горе („се нарича свободна” и „В нашия случай оста не е свободна”) се отнасят за действащите външни сили.) Така, че промяната на линейната скорост на m1 е съпроводено и с промяна на ъгловата скоростта на m2 и m3.

(Да отбележим, че външните сили действащи върху m1 за неговото линейно ускорение (резултатния момент на външните сили) е нула когато телата m2 и m3 сключват ъгъл равен на 180 градуса (което се случва два пъти горе и долу за един оборот на телата.)

В тази експериментална постановка имаме няколко частни случая и целта не е тяхното пълно разглеждане което си е доста обемисто. В случая можем да опростим разглеждането изхождайки от закономерностите на въртене на съставното тяло (m1, m2 и m3) около ЦМ. Т.е. въртенето на m2 и m3 около m1 и постъпателното движение на m1 става като ЦМ на съставното тяло лежи винаги на ЦМ преди самото завъртане на съставното тяло, в противен случай би се нарушила основна закономерност.

На фиг. 2 е показано завъртането на m2 и m3 на 45 градуса спрямо първоначалното положение и съответното придобито линейно движение на m1. Ъгловата скорост на въртене и за двете тела m2 и m3 ще се промени еднакво. И тя ще намалее на V= 12,24 m/s тъй като част от кинетичната им енергия ще се предаде на m1. От своя страна m1, тялото което първоначално е имало нулева скорост спрямо КС вече има линейна скорост V= 7,07 m/s със съответната получена кинетична енергия. И посока (надясно спрямо чертежа, по средата на двата радиус вектора - m2 и m3) поради симетрията на външните сили от m2 и m3.

На фиг. 3 когато телата m2 и m3 са се завъртели на 90 градуса то вече ъгловата им скорост ще е V= 10 m/s (тъй като са предали половината си кинетична енергия). А скоростта на m1 вече ще е V= 10 m/s (тъй като е приело половината кинетична енергия на m2 и m3), съгласно закономерността:
„Ако при въртене на тялото се измени инерчният момент, ще се измени и ъгловата му скорост и обратно.”
За случая да отбележим, че първоначално m1 (по точно оста -1 която е центъра му) е в покой и се намирало в точка А (показана на фиг. 3), но в следствие движението си то вече е в точка лежаща на КС която съвпада с ЦМ и има съответна скорост V= 10 m/s .

(Ако оставим тази сборна система от тела (съставно тяло) без никакво влияние, то тялото m1 ще извършва постъпателни движения от точка А до точка А’ (А’ – не е показана на чертежа и се намира на същото разстояние както А). Като в точка А’ скоростта на m1 също ще е V= 0, а скоростите на m2 и m3 в този момент ще са съответно V= 14,14 m/s в съгласие на законите за запазване. )

Нека в този момент (показаното на фиг.3) с някаква автоматика прекъснем едновременно връзката на телата (връвта -2) m2 и m3 показано като Х ( Х с червен цвят). То вече телата m2 и m3 ще придобият линейно движение с посока тялото m3 нагоре а тялото m2 надолу (показано със стрелките) със скорост която са имали в този момент. Съответно тялото m1 ще запази посоката импулса и скоростта си спрямо К.С която е имало в този момент.

На фиг. 4 е показано какво става с така наречената съставна система от тела. Тялото m3 след определено време ще достигне до стената (тавана, спрямо чертежа) на ЗИС в точка лежаща на КС и там с нееластичен удар може да остане завинаги (залепнало , захванато от някаква автоматика). Същото се отнася и за тялото m2 но в случая то остава на пода. Импулсите на m2 и m3 са в друга посока от нашето желано движение и освен това напълно се компенсират като не променят нищо на ЗИС, т.е. вагона -А не променя положението си спрямо КС

(Вместо нееластичен удар, телата m2 и m3 могат да натегнат пружини с цел използване на тази енергия при следващи цикли на инерцоида.)

Тялото m1 (в момента когато m2 и m3 залепват) продължава своето движение тъй като няма силите (връвта е прекъсната) които да му действат. В този нагледно показан момент от времето ЦМ на ЗИС е помежду ГЦ и оста -1 на m1, т.е. това е частен случай когато вече ЦМ е изместен и движещ се спрямо КС. (Това нарушение на закономерността за ЦМ на ЗИС е частен случай и е в следствие на прекъснатите външни сили (прекъснатата връв-2) на съставното въртящо се тяло - несиметричен двоен маховик с обратни посоки на въртене.) Като в това състояние движението на m1 със скорост V= 10 m/s и изместващ се ЦМ спрямо КС се запазва докато тялото m1 не срещне дясната стена на ЗИС.

На фиг. 5 е показан крайния резултат който всъщност ни интересува. Тялото m1 е достигнало до дясната стена на ЗИС и чрез нееластичен удар предава своя импулс на стената на ЗИС, т.е. на така наречения вагон–М (в случая масата на вагона -М включва и предварително залепналите маси на m2 и m3). От което ЗИС –вагон –М (включваща всички тела със съответните маси) придобива импулс с посока предадена му от m1 а скоростта на М съгласно закона за запазване на импулса е V= 3,33 m/s спрямо КС. И това движение остава вечно спрямо КС тъй като импулса на Рm1 остава некомпенсиран.

Или казано накратко:
Потенциалната енергия на пружината преобразуваме във въртеливо движение на двойката тела m2 и m3 свързани към трето тяло m1. Така полученото съставно (сборно) тяло и закономерностите на въртене на тяло (частните случай за несиметричен двоен маховик с обратни посоки на въртене) водят до постъпателно движение на m1. Но прекъсвайки връзката от m1 към m2 и m3 в определен момент то импулсите на телата m2 и m3 се предават на ЗИС които взаимно се компенсират и не оказват никакво влияние на ЗИС. От което импулса на m1 остава не компенсира и се предава на ЗИС включваща всички тела, т.е. в крайна сметка имаме безопорно и без загуба на маса движение на ЗИС- М- вагон спрямо КС. (Всъщност, още при фиг. 2 можем да стигнем до този извод (както и при други подобни варианти) но по трудно ще се проследи същността на процеса.)

Предимствата на такова движение е не се губи маса (както е при реактивното движение) и не е нужна опора (както обикновено е на земята). Това предимство е много удобно в космоса, водния транспорт (отпада необходимостта от витла при подводници и кораби ), замяна на линейния двигател при магнитна левитация и т.н.

Написал съм го набързо, вероятно има пропуски и грешки, но от чертежите и описанията всеки може да разбере същността и идеята.