Алтернативни енергоизточници > Теории, хипотези, физични опити
Жироскоп действа като спирачка и нарушава закона за запазване на енергията (ЗЗЕ)
Иван Димов:
Ще трябва да направя малка корекция. Ако в по-горе приложения файл BRAKE_GYROSCOPE_EXPLANATION.JPG погледнем фиг.1 отдясно наляво, ще видим това, което съм начертал на фиг.1 в сега приложения файл GYROKOR.JPG. Тук се вижда, че действителната скорост Vд на точка от жироскопа спрямо лабораторията е сума от два вектора. Единият е Vж - скорост на точка от жироскопа спрямо макарата, а другият е Vм - скорост на макарата спрямо лабораторията. Така в действителност действащата сила F не е точно перпендикулярна на скоростта Vд, въпреки че сключения между тях ъгъл а е близък до 90 градуса. Колкото Vж е по-голяма от Vм, толкова ъгъл а е по-близък до 90 градуса. На фиг.2 съм начертал действащите сили. Силата F се разлага на центростремителната Fцс и на силата в червено Fv, която действа ускоряващо за жироскопа. Разбира се противоположно на Fцс неминуемо се появява и центробежната сила Fцб, действаща спиращо за макарата.
Сега дали се нарушава ЗЗЕ може и да се поспори, но експеримент да се направи е твърде лесно и така ще се докаже чрез точни измервания какво е положението. Моето мнение е, че кинетичната енергия, която придобива жироскопа е по-малка от загубата на кинетична енергия за тежестта поради спирането и ЗЗЕ не се спазва. Ако общата енергия първоначално е била Ep+Eж, в края енергията ще е Ek+Eж+Eжд. Тук Ежд е допълнителната енергия, придобита от жироскопа при падането на тежестта, а Ер и Ек са потенциалната енергия на тежестта в началото и кинетичната и` енергия в края. Равенството е Ер+Еж=Ек+Еж+Ежд. Макарата е неподвижна в началото и края на експеримента. Като съкратим Еж се получава Ер=Ек+Ежд. Ако това равенство не се спазва, значи ЗЗЕ се нарушава. При всички случаи обаче спиращото действие на жироскопа за макарата е факт, което се вижда и от опитите на Ерик Лейтуейт.
Velektra:
--- Цитат --- Velektra, науката изисква човек да има някои основни познания. А логическото мислене просто е задължително.
--- Край на цитат ---
Иван Димов тук си напълно прав.
Темата по която спорим е:"Жироскоп действа като спирачка (тук съм съгласен) и нарушава ЗЗЕ (тук не съм)".
Колегата Димов явно се е заел сериозно да оборва ЗЗЕ. Където види или прочете за някой интересен опит (най-често свързан с механика) и прави заключението "... и нарушава ЗЗЕ".
Дано да не смята, че за да се има свободна енергия, трябва закона за запазване на енергията да е нарушен.
СЕ съществува. Тя трябва само да се "хване" и използва (преобразува в удобен за използване вид) от човека.
А сега по конкретната постановка (схема (по указание на колегата Димов много дълго я гледах и много дълго мислих)).
За да се придаде кинетична енергия на едно тяло (например жироскоп) в/у него трябва да се приложи работа.
Така завъртайки жироскопа му придаваме от една страна кинетична енергия зависеща от неговата маса и скорост (в случая ъглова) и едновремено с това самия жироскоп има потенциала (потенциална енергия) да предаде получената енергия на друго тяло. Сега за макарата и тежестта. За тяхната кинетична енергия се "грижи" земното привличане(земното ускорение). Имайки тази кинетична енергия, макарата и тежестта имат и потенциала да предадат полученото и на друго тяло, ако например тежеста се удари в него.
Изобщо кинетичната и потенциалната енергия са като ел. ток и ел.-магнитното поле - взаимосвързани са.
Имаме ли кинетична енергия то ще имаме потенциала тя да извърши работа. Имаме ли потенциална енергия то ще имаме възможност да придадем кинетика (движение, динамика) на дадено тяло. А в природата всичко е движение.
Връщам се на схемата.
Жироскопа се върти в макарата. Тежестта пада под въздействие на земното привличане.
Щом тежестта намалява скоростта на падане и дори спира и това е благодарение на въртящия се жироскоп, то този въртящ се жироскоп действа със сила противоположна на земното ускорение. Естествено, че той не може да се прибори с огромната маса на Земята и нейната скорост.
И да разгледаме момента когато жироскопа се върти бясно и успява да спре тежестта на дадено разстояние над повърхността.
--- Цитат ---Работата е там, че нашата Ек не е равна на първоначалната Ер, а е далеч по-малка, защото падащата тежест не може да се ускори поради силите на спиране. По-малка скорост значи по-малка Ек.
--- Край на цитат ---
Правилно колега Димов! По-малка скорост значи по-малка Ек. Само, че по-малка Ек значи по-малка Ер. Когато на едно тяло, притежаващо кинетична енергия Ек му се намали скоростта то тогава се намалява и потенциала му (Ер) да свърши по-голяма работа. Когато на едно тяло притежаващо кинетична енергия Ек му се увеличи по накакъв начин масата то тогава се увеличава и неговата възможност (поренциал (Ер)) да свърши повече работа.
Всичко е във времето. Всичко е за дадения момент. Когато тялото спре да се движи Ек=0 то няма и потенциал да извърши работа. Но си "запазва правото" при първото получаване на енергия (скорост+разчитайки на собствената си маса) да придобие потенциала Ер пак да върши работа.
Питам аз: за каква първоначална енергия Ер (в даден момент) говориш (колега Димов), която не съответствала на Ек (в съвсем друг момент от времето).
В природата всичко е свързано. От една страна по двойки (едно поражда друго и обратното), от друга страна в безбройно многообразие. Между 0 и 1 има безброй много числа. Между черно и бяло има безброй много цветове.
От една страна всичко в природата се стреми към равновесие (покой), от друга в стремежа да се постигне това равновесие се развиват колосални (или микро) енергии, които са пълна противоположност на този покой, но работят за неговото постигане. В това е величието на Природата. Тя ще спре да съществува, когато настъпи пълно равновесие (покой). За щастие засега всичко се движи и бушуват енергии(СЕ), които се мъчим да хванем.
Поради тази причина Ер следи Ек във всеки определен момент от времето.
Никакъв ЗЗЕ не се нарушава!
СЕ е около нас и си действа. Не трябва да я откриваме, а да я "хванем" и "приведем във вид удобен за логаритмуване" ;).
Това е от мен.
Колега Димов, Вие сте на ход.
mzk:
L - ъглов момент;
Т - сила на усукване;
[tex]\Omega[/tex] - прецесионно движение;
I - инерционен момент на ротора около оста му на въртене (спин на ротора);
[tex]\omega[/tex] - ъглова скорост;
[tex]E_r = \frac {1}{2}I\omega^2[/tex] - кинетична енергия на въртящо се тяло (подобно на [tex]E = \frac {1}{2}mv^2[/tex])
[tex]\tau_{net} = \frac {d\vec{L}}{dt} = \frac { d (I\omega) }{dt} = I \frac {d \omega }{dt} = I \alpha[/tex]
[tex]\alpha[/tex] - ъглово ускорение ([tex]rad * s ^-2[/tex])
[tex]L = I\omega[/tex]
[tex]T=L\Omega[/tex]
[tex]T=(I\omega)\Omega[/tex]
Трябва да се отбележи, че ако силите на усукване T действат по оста y (вертикалната), то прецесионните сили [tex]\Omega[/tex] действат по оста x (хоризонталната).
[tex]T_x = ( I \omega ) \Omega_y[/tex]
За съжаление излиза, че силата на усукване T са пряко зависими както от прецесионните сили, така и от въртящия момент на ротора.
Първата мисъл, която идва на човек, докато гледа филмчетата е, че роторът въобще не се влияе от силите на усукване (които пораждат прецесията по-късно), но от горните сметки излиза, че са зависими.
Все още не мога да си обясня, как по този начин стар човек вдига 20 килограмова тежест над главата си с една ръка...
Горните формули и обяснения взех от прикачения pdf файл Engineer through the looking glass. Извинявам се, ако има неточности, но механиката не ми е силна страна.
Иван Димов:
Явно ще трябва да преподавам основна физика за да запълня дупките на образователната система.
Ако едно тяло с маса m се намира на височина h над повърхността на планетата Земя със земно ускорение g, то това тяло има потенциална енергия Ep=mgh. Потенциална Ep означава, че евентуално тя може да се превърне в кинетична енергия Ek или работа A със същата големина Джаули [J]. Щом Ep е 1000 [J] значи ще се превърне пак в 1000 [J] кинетична енергия или работа. ЗЗЕ е валиден за затворена система и може да се напише така dEp+dEk=0 или така dEp = -dEk. Тълкува се така - намаляването на потенциалната енергия, води до увеличаване на кинетичната енергия. Ако dEp е отрицателно число, dEk е положително. Промяната на потенциалната енергия е dEp = Ep2 - Ep1, а промяната на кинетичната енергия е dEk = Ek2 - Ek1. Индексът 1 е за началния момент на опита, а индексът 2 е за крайния момент на опита. В началото тежестта има Ер1=1000 [J], а в края потенциалната енергия е Ер2=mg0=0, защото h=0. Значи dEp = Ep2 - Ep1 = 0 - 1000 = -1000 [J]. В началото тежестта има кинетична енергия Ek1 = 0, защото не се движи, а в края има Ек2 = 1000 [J] или промяната на кинетичната енергия е dEk = Ek2 - Ek1 = 1000 - 0 = 1000 [J]. Обобщено dEp = -1000, а dEk = 1000 или с думи - потенциалната енергия е намаляла с 1000 [J], докато кинетичната енергия се е увеличила с 1000 [J]. Тези разсъждения са за свободно падащо тяло от височина h. Когато тежестта се удари в земята, отдава енергията си като извършва работа и част се превръща в топлина.
ЗЗЕ е dEp+dEk=0 или Ep2 - Ep1 + Ek2 - Ek1 = 0. Като заместим в него нашите стойности се получава 0 - mgh + mV^2/2 - 0 = 0 или mgh = mV^2/2. Така като знаем от каква височина пада едно тяло, ще намерим с каква скорост ще се удари в земята ако няма триене във въздуха или някакво друго спиране. За този опит може да се каже, че сме вложили енергия Ер за да получим кинетична енергия Ек. А сме вложили енергия Ер, защото тялото не се е издигнало самичко на 10 метра височина за да придобие 1000 [J] потенциална енергия. При падането си, тялото получава енергията, която ние преди това сме вложили за да го издигнем. Затова аз казвам, че Ер е предварително вложената енергия преди началото на опита. Вложили сме Ер и трябва да видим какво ще получим от нея като се превърне в кинетична. С други думи, каквато енергия сме вложили преди опита, същата енергия трябва да получим в края на опита.
Сега да видим нашата жироскоп-макара.
В началото влагаме Ер за да вдигнем тежестта на височина 10 метра. Влагаме още кинетична енергия за развъртане на жироскопа Еж. Това са ни вложенията Ер+Еж. Трябва да видим какво ще получим накрая от нашите вложения и да видим дали ще сме на печалба, загуба или "нит пичалба - нит загуба". Да видим какво получаваме накрая. Имаме кинетична Ек на тежестта, която при удара в земята ни върши работа и отделя топлина. Имаме жироскоп с малко увеличена кинетична енергия, която от Еж е станала Еж+Ежд. Друго няма нищо - макарата първоначално е неподвижна, след експеримента също. Обобщено - вложения Ер+Еж, доходи Ек+Еж+Ежд. Според ЗЗЕ трябва да сме на "нит пичалба - нит загуба" или колкото са вложенията, толкова трябва да са и доходите, което като формула е Ер+Еж=Ек+Еж+Ежд. Математиката казва, че еднаквото Еж от двете страни на равенството може да се съкрати и уравнението става Ер=Ек+Ежд. Това уравнение трябва да е вярно и тогава ЗЗЕ ще е валиден.
Нека пак напиша закона за запазване на енергията (ЗЗЕ) по три начина.
1. dEp + dEk = 0
2. Ep2 - Ep1 + Ek2 - Ek1 = 0
3. Ер2 + Ек2 = Ер1 + Ек1
Последното означава, че сумата от потенциалната и кинетичната енергия в момента 2 трябва да е равна на сумата от потенциалната и кинетичната енергия в момента 1. Можем да го напишем и обратно за да го сравним с по-горе написаното за нашата жироскоп-спирачка.
Ер1 + Ек1 = Ер2 + Ек2
Ер + Еж = Ек + Еж + Ежд
В началния момент 1 имаме Ер1=Ер (потенциална на тежестта) и Ек1=Еж (кинетична на жироскопа). В крайния момент 2 имаме Ер2=0 (понеже h=0) и Ек2=Ек+Еж+Ежд (Ек е на тежестта, а жироскопът е увеличил кинетичната си енергия от Еж и тя вече е Еж+Ежд). Казахме, че след съкращението на Еж се получава окончателно:
Ер=Ек+Ежд
Ер - потенциална на тежестта в началото
Ек - кинетична на тежестта в края
Ежд - прираст на кинетична енергия в жироскопа (dEk за жироскопа)
Ако тръгнем от първото уравнение на ЗЗЕ
dEp + dEk = 0 трябва да съобразим, че
dEp = 0 - Ep = -Ep и dEk = dEk(тежест) + dEk(жироскоп) = (Ek - 0) + [(Eж + Ежд) - Eж]
като ги заместим получаваме
-Ер + Ек + Ежд = 0, което е същото като по-горе Ер=Ек + Ежд
Предполагам вече разбрахте по няколко начина, че потенциалната енергия на тежестта се превръща в кинетична на тежестта и прираст на кинетична за жироскопа. Спорът е дали равенството е вярно на практика или:
Дали 1000 [J] потенциални са се превърнали в 1000 [J] кинетични Ек+Ежд? Кинетичната на тежестта Ек е по-малка от обикновено, защото през цялото време на падането имаме спиране и тежестта пада бавно (според мен с постоянна скорост). Да припомня, че Ежд е само допълнителната енергия, която жироскопът получава при падането на тежестта (тук не говорим за началната вложена енергия в жироскопа Еж, която така или иначе се съкрати при сметките). Когато тежестта пада, жироскопът се ускорява от сила, действаща му почти перпендикулярно и следователно неефективно. Това е все едно да бутате вагонетка под ъгъл 80 градуса спрямо релсите и да се надявате да я ускорите. Следователно и Ек е по-малка от обикновеното падане и Ежд е по-малка поради неефективно ускоряване. Значи в нашето спорно уравнение Ер=Ек+Ежд вдясно имаме две по-малки от обикновено величини Ек+Ежд, а вляво са първоначално вложените 1000 [J] потенциална енергия Ер. Затова смятам, че тук ЗЗЕ се нарушава.
И накрая, но не и по значение - аз съм правил други по-подробно разписани сметки за конкретна машина, които доказват невалидността на ЗЗЕ за инерционните сили. Но тези сметки са твърде обемисти, смятани са от компютър и за мен съмнение за моята бъдеща машина няма. А за тази жироскоп-спирачка спорът лесно ще се реши чрез елементарен опит, който може да бъде направен и от студенти.
п.п. Явно и влаковете се вълнуват от нашата спирачка щом по "съвпадение" съобщиха по новините за влакова спирачка вдигнала "дим". Дим-ов (всяка прилика с лица и събития е ама съвсем случайна).
mi68:
Пак ли ще откриваме топлата вода? Инерциалните сили са едновременно външни и вътрешни за системата. Въртящата система е неинерциална система и ЗЗЕ се нарушава, пишего във всяка дебела Физика.
Тук се прави интересен прост опит да се демострира горното твърдение. От механиката да се прехвърлим в променливия електрически ток, тук имаме ъглова честота и инерционен ефект. Въпроса се свежда до практическа реализация...
Навигация
[0] Списък на темите
Премини на пълна версия