Двигатель на центробежной силе: Центробежный двигатель | Perpetuum mobile: «свободная энергия» и вечные двигатели.

Центробежный двигатель | Perpetuum mobile: «свободная энергия» и вечные двигатели.



Идея использовать центробежные силы для получения полезного эффекта давно привлекает изобретателей. А силы эти немаленькие и известны людям издавна — ещё библейский Давид убил великана Голиафа камнем, раскрученным в праще! Однако на данный момент это явление как таковое широко используется лишь в двух областях — для нагнетания жидкостей и газов в центробежных насосах и для разделения смесей из компонентов разной плотности в различных центрифугах и циклонах.


Естественно, идея использовать центробежную силу в «замкнутом цикле» посещает и изобретателей вечных двигателей. Вот, например, идея Игоря Высоцкого, использующая в качестве рабочего тела жидкость и опубликованная на его сайте.

Двигатель Игоря Высоцкого. Буквой F обозначена центробежная сила, ускоряющая жидкость.


Внешне это устройство кажется очень похожим на двигатель Клема в его первом (наиболее распространённом) описании, только у Высоцкого ротор размещён так, что воздействие силы тяжести на любую точку не зависит от его угла поворота. Это, безусловно, более удобно для расчётов, поэтому именно такой вариант и следует взять за основу. Нельзя не отметить и В.Н.Власова, проанализировавшего и оценившего некоторые параметры такого двигателя и высказавшего ряд интересных идей. Именно его анализ и подтолкнул меня серьёзно заняться центробежным двигателем Высоцкого и двигателем Клема. Сразу скажу, результат оказался весьма неожиданным: если двигатель Высоцкого является именно механическим центробежным двигателем и потому не работоспособен, как и другие чисто механические конструкции, то двигатель Клема на самом деле использует совсем другие принципы, и конус со спиралью играет там гораздо более сложную роль, чем простой центробежный нагнетатель рабочего тела (по некоторым сведениям, в двигателе Клема спиральный канал как таковой вообще не являлся одной деталью или её частью, а формировался при сопряжении поверхностей двух деталей, движущихся друг относительно друга).

Спиральный центробежный двигатель
Спираль или «рога»?
Немного истории
Резюме


Спиральный центробежный двигатель


Попробуем разработать и рассчитать конструкцию двигателя Высоцкого с учётом замечаний Власова. Скомпонуем всю спираль (за исключением заборника жидкости) в одной плоскости чуть выше уровня этой жидкости. В результате получился вариант спирали Архимеда, т.е. такой спирали, у которой шаг между витками одинаков по всему радиальному сечению. Допустим, что вся спираль состоит из одной трубки и вращается по часовой стрелке.

Боковое сечение спирального центробежного двигателя. Rc — радиус колеса (спирали), расстояние от оси вращения до центра сопла; Rз — радиус от оси вращения до центра заборника; Sз — площадь забора жидкости на входе трубки; Sc — площадь сопла на выходе трубки.


Суть замысла такова: скорости вращения должно хватить для того, чтобы поднять захваченную заборником жидкость в основную спираль. Далее под действием центробежных сил жидкость прижимается изнутри к стенке трубы, плавно удаляющейся от центра, и как бы «стекает» по ней к внешнему концу трубки, постепенно набирая энергию вместе с возрастанием линейной скорости более удалённых от центра участков спирали. На внешнем конце спирали она вылетает из сопла с достаточно высокой скоростью, за счёт чего создаёт реактивную тягу, разгоняющую спираль.


Теперь попробуем рассчитать условия перемещения жидкости по трубке под действием центробежных сил с учётом законов гидродинамики. Предположим, что конструкция вращается внешним приводом равномерно с нужной нам скоростью. Предположим также, что внутренний диаметр трубки по всей длине одинаков, за исключением сопла. Гидродинамическим торможением жидкости в трубке пока пренебрежём. В качестве базовой точки отсчёта естественно выбрать ось вращения. Вслед за В.Н.Власовым применим уравнения неразрывности и Бернулли.


Из уравнения неразрывности следует, что расход жидкости в любом сечении трубки, в том числе и в заборнике на её входе, и в выходном сопле, одинаков, то есть

Sз · vз · ρз = Sc · vc · ρc     (1),

где S — площадь сечения трубки в выбранном месте, v — скорость потока в этом месте, а ρ — его плотность в рассматриваемом сечении. Поскольку жидкости практически несжимаемы, то если рабочее тело всё время будет оставаться в жидком состоянии, ρз ~ ρс, так что плотности можно будет исключить.


Для того, чтобы реактивная тяга разгоняла спираль, скорость истечения жидкости из сопла должна быть больше линейной скорости этого сопла, иначе за соплом будет создаваться область разрежения, и спираль будет не разгоняться, а тормозиться (хотя и не так быстро, как при полностью заглушенном сопле). Учтём также, что линейная скорость вращающегося тела вычисляется как

v = f · (2 · π · r)     (2),

где f — частота вращения (обороты в секунду), r — радиус вращения (здесь и далее маленькой буквой r будем обозначать текущий радиус для рассматриваемого в данный момент участка спирали).


Заменяя линейную скорость угловой (точнее, частотой вращения) и радиусами, получаем Sз · f · 2 · π · Rз = Sc · f · 2 · π · Rc, или, после сокращения подобных членов, Sз · Rз = Sc · Rc. Отсюда для обеспечения разгона спирали при безнапорном заборе неподвижной жидкости следует соотношение размеров входного и выходного отверстий:

Sз / Sc > Rc / Rз     (3).


Итак, площадь сопла должна быть как минимум во столько же раз меньше площади заборного отверстия, во сколько раз это сопло находится дальше от оси вращения по сравнению с заборником. Очевидно, что для того, чтобы обеспечить столь высокую скорость истечения жидкости из сопла, существует только одно средство — создать перед соплом достаточно высокое давление. И средства для достижения этого у нас, кажется, есть — это центробежные силы!


Теперь для расчёта давления перейдём к уравнению Бернулли. В нём мы пока пренебрежём гравитационным потенциалом (по сравнению, скажем, с указанной мощностью двигателя Клема — более 300 л.с. (свыше 200 кВт) — поднять жидкость на несколько сантиметров просто пустяк!). Зато в «потенциальном» члене уравнения Бернулли необходимо учитывать действие центробежных сил, которые, кстати, действуют подобно силе гравитации на весь объём жидкости в данном сечении, однако в отличие от ускорения свободного падения, которое вблизи поверхности Земли (± пять-десять километров) практически неизменно, центростремительное ускорение прямо связано с расстоянием до центра вращения, и этим пренебрегать никак нельзя.


Для начала посмотрим, как будет изменяться потенциал центробежных сил в зависимости от радиуса. Поскольку центробежные силы стремятся отбросить жидкость от центра вращения к периферии, наибольший потенциал у жидкости будет возле заборника вблизи оси вращения, а наименьший — у сопла на внешнем краю спирали. Приняв потенциал у сопла за 0, с учётом формулы для центростремительного ускорения мы получим следующую зависимость потенциала от радиуса:

U(r) = Rr∫ aц(x) · dx = Rr∫ (f · 2 · π · x)2 / x · dx = (f · 2 · π)2 · (r – R)2 / 2 = 2 · (f · π · (r – R))2     (4),

где r — радиус вращения рассматриваемого сечения, R = Rc — радиус спирали, равный расстоянию от центра сопла до оси вращения (радиус нулевого потенциала, у оси вращения потенциал максимален), aц — центростремительное ускорение, f — частота вращения спирали вокруг оси.


Итак, в отличие от гравитационного потенциала, который вблизи поверхности Земли изменяется линейно в зависимости от расстояния до точки отсчёта, здесь мы имеем явно выраженную квадратичную зависимость потенциала от радиуса.


Теперь с помощью уравнения Бернулли оценим два крайних случая: давление жидкости возле заглушенного сопла и скорость жидкости относительно спирали при её свободном течении (без трения и изменения сечения — со снятым соплом, — так что разность давлений не возникает).


В первом случае при заполненной спирали мы имеем неподвижную относительно спирали жидкость, поэтому из уравнения Бернулли можно исключить скоростной напор: ρ · Uc + ΔPc = ρ · Uз + ΔPз. Считая Uc = 0 и ΔPз = 0, при заглушенном сопле с учётом формулы (4) мы получаем разность давлений между заборником и соплом равной

ΔP = ρ · Uз = ρ · 2 · (f · π · (Rс – Rз))2     (5).


Что ж, давление можно получить достаточно большое. Например, при R = 20 см и f = 30 об/сек = 1800 об/мин для воды (ρ = 1000 кг / м3) P ~ 7 · 105 Па ~ 7 атм, однако это в отсутствие какого-либо расхода жидкости, и, следовательно, при полном отсутствии реактивной тяги.


Во втором случае мы предполагаем одинаковое давление по всей спирали, поэтому в уравнении Бернулли остаются только потенциал и скоростной напор: ρ · Uc + ρ · vc2 / 2 = ρ · Uз + ρ · vз2 / 2. Считая Uc = 0 и vз = 0 (посчитаем лишь «прибавку» скорости), при свободном течении жидкости с постоянным давлением с учётом формулы (4) после деления на плотность ρ, которая в нашем случае одинакова по всей длине спирали, мы получаем следующее:

Δvc2 / 2 = (f · 2 · π)2 · (Rс – Rз)2 / 2,

откуда следует, что скорость возле сопла превышает скорость возле заборника на

Δv = f · 2 · π · (Rс – Rз)     (6).


Поскольку линейная скорость жидкости у заборника относительно спирали vз = f · 2 · π · Rз, добавив её к полученной разности, мы получим, что vс = f · 2 · π · Rс, т.е. равна линейной скорости внешнего конца спирали (2). Это значит, что из внешнего конца спирали жидкость будет выливаться без какой-либо скорости относительно неподвижного резервуара, и в отсутствии трения не будет ни тормозить, ни разгонять спираль. Такой результат замечательно согласуется с интуитивным представлением о том, что сверхтекучая жидкость, захваченная нашей вращающейся спиралью, должна пройти по ней и «выпасть» с другого конца, так и не получив никакой скорости относительно неподвижного резервуара. Кроме того, это косвенно подтверждает правильность наших математических выкладок.


Итак, в предельных случаях мы получаем либо полное отсутствие полезной реактивной тяги (со снятым соплом), либо немалое давление возле сопла при отсутствии какой-либо тяги в принципе (с заглушенным соплом). Попробуем теперь найти «золотую середину» — чтобы сопло не перекрывало поток полностью, но создавало давление, достаточное для достижения нужной скорости истечения струи. Обозначим отношение площади заборника и внутреннего диаметра трубки спирали к площади отверстия сопла Sз / Sс = k. В соответствии с формулой (1) получаем vc = k · vз. Предполагая внутренний диаметр спирали по всей длине до самого сопла одинаковым и равным диаметру заборника, перед входом сопла мы имеем сечение S = Sз и скорость потока vт = vз (vт — это скорость потока жидкости в трубке, и не следует путать её с линейной скоростью самого заборника — это разные вещи). Давление возле сопла повышено относительно атмосферного на входе заборника, однако, если сопло ориентировать строго тангенциально, потенциалы центробежных сил с обоих сторон сопла можно считать одинаковыми и равными 0 (ведь именно сопло мы ранее выбрали в качестве точки отсчёта потенциала). Кстати, такая ориентация сопла является технически оптимальной, поскольку вся реактивная тяга будет направлена именно на раскрутку спирали. С другой стороны, в заборнике давление равно атмосферному, зато имеется максимальный потенциал, рассчитываемый по формуле (4). На выходе сопла сечением Sc = Sз / k вследствие уравнения непрерывности (точнее, закона сохранения расхода) мы имеем скорость vc = vт · k при атмосферном давлении и нулевом потенциале. Наша цель — найти зависимость возможной скорости течения рабочего тела в трубке спирали от её радиуса и скорости вращения и соотношения диаметров трубки (заборника) и сопла.


Составляем соотношение на основе уравнения Бернулли для выхода сопла и входа заборника:

Pатм + ρ · vс2 / 2 = ρ · Uз + Pатм + ρ · vт2 / 2,

сократив подобные члены (атмосферное давление), поделив всё на плотность (которая для жидкости является величиной практически неизменной), получаем

(k · vт)2 / 2 = Uз + vт2 / 2.

Переносим скорости в одну часть уравнения и, умножая обе части на 2, получаем

(k · vт)2 – vт2 = 2 · Uз.

Теперь выносим квадрат скорости за скобки и заменяем потенциал на формулу (4):

vт2 · (k2 – 1) = (f · 2 · π · (Rт – Rс))2,

откуда вычисляем скорость потока внутри трубки

vт2 = (2 · π · f · (Rз – Rс))2 / (k2 – 1)     (7).

Кстати, если давление на входе спирали будет превышать давление на выходе сопла на ΔP (жидкость подаётся в спираль под давлением), то формула примет следующий вид:

vт2 = ((2 · π · f · (Rз – Rс))2 + 2 · ΔP / ρ) / (k2 – 1)     (8).


Что следует из полученной формулы?

  1. Действительные значения решение полученного уравнения имеет только при соблюдении условия k = Sз / Sс > 1, что полностью согласуется с условием (3), поскольку сопло отстоит от центра вращения дальше, чем заборник. Так что эффектный вывод В.Н.Власова о необходимости соотношения Sз < Sс представляется ошибочным!

  2. Скорость жидкости внутри трубки спирали и линейно связанная с ней скорость на выходе сопла находятся в линейной зависимости от частоты вращения и размеров спирали. При этом формула не содержит ограничений на соотношение отверстий заборника и сопла, а стало быть, сделав сопло достаточно маленьким, можно получить скорость истечения струи, превышающую линейную скорость сопла, и обеспечить выполнение условия (3), добившись необходимой реактивной тяги!

  3. Плотность жидкости не влияет на эффективность работы конструкции (правда, мы пренебрегли сопротивлением воздуха, если же учесть этот фактор, то чем тяжелее жидкость, тем лучше)!

  4. Из геометрических параметров в формуле присутствуют только соотношение отверстий заборника и сопла и радиусы, на которых они расположены относительно общей оси вращения. А из этого следует, что многовитковая спираль вроде бы и не нужна — вполне работоспособной должна быть и следующая конструкция (разве что радиус изгиба трубок возле сопел можно сделать побольше для уменьшения потерь на поворот жидкости перед соплом).

    Минимальный вариант двигателя (вид сверху). Показаны две идентичные ветви для обеспечения балансировки колеса. Rc — расстояние от оси вращения до центра сопла; Rз — радиус от оси вращения до центра заборника.


Получается, что «вечный двигатель» у нас в кармане, причём даже не надо вить спираль, а достаточно прикрепить к оси пару трубок?
Проверим формулу (7) на крайние условия: когда k → ∞ (т.е. сопло практически закрыто), скорость рабочего тела в спирали стремится к нулю. Это и понятно — в закрытое сопло жидкость не потечёт. Но вот когда k → 1, то есть площадь сопла становится близкой к площади заборника, скорость начинает стремиться к бесконечности. Расчёт специально приведён подробно и ошибок в нём я не нашёл. Это говорит о том, что слепо использовать полученную формулу нельзя, а надо понять её физический смысл и, стало быть, границы применимости. Дело в том, что vТ — это возможная максимальная скорость идеальной жидкости (без трения) относительно спирали при отсутствии дополнительного давления на входе. Кроме того, необходимо напомнить, что жидкость рассматривалась как идеальная несжимаемая, неиспаряемая и сверхтекучая — без трения и без кавитационных эффектов. Поэтому, когда диаметр сопла равен диаметру трубки, никаких препятствий сверхтекучей жидкости нет, и её скорость теоретически может быть бесконечно большой. Если же сопло начинает уменьшаться, то оно будет ограничивать максимальную скорость даже для сверхтекучей жидкости.


Что ж, попробуем посчитать в конкретных цифрах. Итак, предположим Rз = 2 см = 0.02 м, Sз = 2 см2 = 2 · 10–4 м2 (соответствует «водопроводному» стандарту 1/2″). Рассчитаем по формуле (7) значения vт для нескольких значений радиуса сопла Rс и скорости вращения f. Площадь сопла Sс при этом будем выбирать так, чтобы соотношение сечений k = Sз / Sс примерно вдвое превосходило соотношение радиусов Rс / Rз с тем, чтобы скорость струи из сопла во столько же раз превышала его линейную скорость для создания реактивной тяги.

Таблица 1. Расчёт скорости потока для различных параметров вращения












Скорость вращения спирали
f
Радиус вращения сопла
RС
Площадь сопла
SС
Линейная скорость заборника
vЗ
Расчётная скорость потока в трубке
vТ
Расчётная скорость в сопле
vС
Линейная скорость сопла
v
25 об/сек = 1500 об/мин 10 см = 10–2 м 0. 2 см2 = 2·10–5 м2 3.14 м/с 1.26 м/с 12.6 м/с 15.7 м/с
50 об/сек = 3000 об/мин 10 см = 10–2 м 0.2 см2 = 2·10–5 м2 6.28 м/с 2.53 м/с 25.3 м/с 31.4 м/с
25 об/сек = 1500 об/мин 20 см = 10–2 м 0.2 см2 = 2·10–5 м2 3.14 м/с 2.84 м/с 28.4 м/с 31.4 м/с
25 об/сек = 1500 об/мин 20 см = 10–2 м 0.1 см2 = 10–5 м2 3.14 м/с 1.42 м/с 28.3 м/с 31.4 м/с
50 об/сек = 3000 об/мин 20 см = 10–2 м 0. 2 см2 = 2·10–5 м2 6.28 м/с 5.68 м/с 56.8 м/с 62.8 м/с
50 об/сек = 3000 об/мин 20 см = 10–2 м 0.1 см2 = 10–5 м2 6.28 м/с 2.83 м/с 56.6 м/с 62.8 м/с
25 об/сек = 1500 об/мин 50 см = 10–2 м 0.1 см2 = 10–5 м2 3.14 м/с 3.77 м/с 75.5 м/с 78.5 м/с
25 об/сек = 1500 об/мин 50 см = 10–2 м 0.025 см2 = 2.5·10–6 м2 3.14 м/с 0.94 м/с 75.4 м/с 78.5 м/с
50 об/сек = 3000 об/мин 50 см = 10–2 м 0. 1 см2 = 10–5 м2 6.28 м/с 7.54 м/с 151 м/с 157 м/с
50 об/сек = 3000 об/мин 50 см = 10–2 м 0.025 см2 = 2.5·10–6 м2 6.28 м/с 1.89 м/с 151 м/с 157 м/с


Увы, результаты неутешительны — повышение скорости вращения и диаметра спирали лишь приближает скорость истечения струи из сопла к его линейной скорости, но не может достичь её. Попытка же уменьшить диаметр сопла увеличивает скорость струи из него по отношению к потоку в трубке, но сам поток при этом замедляется так, что выигрыша в соотношении скоростей сопла и выбрасываемой струи опять не получается! Математический эффект может дать приближение диаметра сопла к диаметру трубки (наверное, именно это ввело В.Н.Власова в заблуждение относительно соотношения площадей отверстий), но физического смысла это не имеет — ведь ранее мы уже убедились, что если даже сопло будет вообще снято, реактивной тяги мы не получим! Означает ли это, что получить энергию таким образом нельзя? Без изменения фазового состояния тела — да, означает. Но, прежде чем заняться изменением фазового состояния, необходимо уточнить геометрию устройства.


Спираль или «рога»?


Глядя на формулу (7), мы упростили конструкцию, заменив спираль своеобразными загнутыми «рогами». Однако правильно ли это? Давайте рассмотрим оба варианта с точки зрения механики, заменив жидкость твёрдыми тяжёлыми шариками, скажем, стальными, катящимися по стальной трубке в вакууме (чтобы ничто не тормозило их движение, — ведь трение качения стали по стали очень мало).

Вариант с твёрдыми шарами (одна ветвь, вид сверху).


Под действием центробежных сил шарик сначала будет набирать нормальную (т.е. перпендикулярную к направлению вращения) скорость, а в закругляющемся конце «рога» передавать её ротору, меняя своё направление движения с нормального на тангенциальное, и затем «выпадать» из трубки наружу. Замечательный «вечный двигатель»! Но… Пока шарик двигается по нормали, он, по сути, набирает свою скорость за счёт вращения трубки, по которой он движется, т. е. преобразует тангенциальную скорость того участка трубки, по которому он катится, в свою нормальную скорость, отбирая на этом этапе кинетическую энергию ротора. Если посмотреть на него с точки зрения неподвижной оси вращения ротора, мы увидим, что шарик начинает двигаться не только от центра к периферии, но и вокруг оси вращения вместе с ротором, причём по мере удаления от центра вращения ротора его тангенциальная скорость нарастает, соответствуя тангенциальной скорости проходимого им участка трубки, которая прямо пропорциональна расстоянию до центра вращения. Передавая на завершающем участке траектории свою энергию стенкам трубки, а через неё — ротору, он лишь возвращает эту накопленную энергию обратно. Так что реально никакой прибавки энергии, а значит ускорения и возможности получить дополнительную работу, здесь нет.


Если же вместо перпендикулярного «рога» шарик окажется в спирали, его тангенциальное ускорение не будет столь неотвратимым — он покатится внутри спирали, потихоньку смещаясь к её краю. Поэтому он не сможет отобрать у ротора так много энергии, но и передаст спирали также немного. Так что конечный результат будет таким же, как и в первом случае: при полном отсутствии трения шарик не наберёт тангенциальной скорости и просто «выпадет» из внешнего конца спирали, но часть энергии спирали (весьма малая) будет израсходована на то, чтобы придать шарику небольшую (по сравнению со скоростью шарика относительно самой спирали) нормальную скорость, перемещая его от центра вращения к периферии. Глядя от оси вращения ротора, мы увидим, что шарик не будет вращаться вокруг этой оси, а просто начнёт смещаться к периферии, чем-то напоминая звукоснимающую головку на граммофонной пластинке.


Немного истории


На самом деле и «рога», и плоская спираль не являются последним словом техники. Оба варианта конструкции известны уже не одну сотню лет и нередко использовались в качестве забавных фонтанов. Подобное устройство под названием «эолипил» ещё в античной Греции построил «отец механики» Герон Александрийский (II в. до н.э.). Однако эолипил работал на пару. А в 1750 г. его гидравлический вариант изобрёл венгерский учёный Янош Сегнер, поэтому сейчас такую конструкцию называют «сегнеровым колесом».


И хотя за прошедшие века сегнеровы колёса создавали во множестве различных вариантов со всевозможными сочетаниями параметров (радиусы выхода жидкости и давление на входе, продольные и поперечные профили и сечения канала, число витков спирали и форма «рогов», скорость вращения и расход жидкости и пр.), никаких хоть сколько-нибудь достоверных сведений о проявлении в них «сверхъединичных» эффектов нет. Более того, сверхъединичных эффектов не наблюдается и в наиболее энергоэффективном варианте — при подаче в сопло перегретой жидкости, которая превращается в пар непосредственно во время расширения в сопле, как это происходит в реактивной гидропаровой турбине Зысина.


Резюме


Подводя общий итог, можно сказать, что механический центробежный «вечный двигатель» без изменения фазовых состояний рабочего тела или каких-то других немеханических способов получения дополнительной энергии невозможен в принципе — это лишь перераспределение энергии между отдельными элементами внутри системы без её увеличения или извлечения из окружающей среды, зато с неизбежными в реальном мире потерями на трение и рассеяние.


последняя правка 17.11.2009 22:22:13
    

    

    
 

Центробежные двигатели. Энергия центробежных сил инерции
























Статья легализует центробежные двигатели,
производящие работу за счет центробежной энергии окружающего пространства,
закладывает основы для расчета и конструирования подобных двигателей и вносит
вклад в теоретическую механику с революционным выходом в практику, а также
позволяет покончить с 2-х вековым заблуждением и задержкой в создании
двигателей на основе центробежной энергии пространства, а также уточняется
применение законов сохранения: энергии, момента количества движения и
количества движения (импульса).

Прежде я должен ответить на критику моей статьи (Инженер №5, 2005),
опубликованную в (Инженер №2, 2006). Практически вся публикация посвящена
второстепенному фактору, а именно, энергии от сжимаемости жидкости, хотя я
рассматривал несжимаемую и не имеющую вязкости идеальную жидкость, чтобы
лучше выявить суть явления. Вот эту суть совершенно не понял наш критик.
Собственно по существу моей работы он уделил внимание в нескольких
расплывчатых фразах в конце публикации и причем выдал перл, показывающий
полную свою безграмотность в механике и гидравлике, утверждая, что
несжимаемая жидкость не обладает потенциальной энергией. Как известно,
уравнение Бернулли чаще всего пишется именно для идеальной жидкости и первые
два члена его выражают удельную потенциальную энергию несжимаемой жидкости:
это энергия положения над заданным уровнем и энергия давления жидкости от
силы тяжести. У нас также имеется столб жидкости, и благодаря центробежной
силе создается давление на стенку сосуда, только не к центру Земли, о от
центра вращения. Наш критик этого не знает. В общем это критика на уровне
нерадивого школяра, не более.

Далее, по существу нашей темы. Во Вселенной основным видом движения является
вращение, ибо прямолинейное движение это только частый случай вращения, когда
R=∞. Центробежные силы инерции (ЦБСИ) есть неизбежный спутник вращения
массы относительно центра вращения. В качестве центра вращения может служить
более массивное тело по сравнению с вращающимся рабочим телом. В этом случае
вращение этих масс вокруг общего центра масс можно не учитывать и считать,
что менее массивное тело вращается относительно неподвижного массивного.
Может быть другой случай, когда две равные массы (гантель), вращаются вокруг
их общего центра масс. При этом противоположно направленные ЦБСИ
уравновешивают друг друга и никакой массы в центре вращения не требуется. Мы
этот вариант рассматривать не будем.

В настоящее время не редко считается, что ЦБСИ являются одиночной силой не
имеющей своего антипода по сравнению, скажем, с электромагнитными (+, -).
Однако, в соответствии с 3-им законом Ньютона, все равно необходима
противонаправленная центростремительная сила (ЦСС), и в качестве ее могут
выступать электромагнитные силы, в виде связующей с центром вращения нити,
стержня и др. Однако, у ЦБСИ есть свой истинный антипод. это сила гравитации
(тяжести). Силы гравитационного притяжения масс и уравновешивающие их ЦБСИ,
сопутствующие вращению этих масс относительно общего центра тяжести, играют
определяющую роль во Вселенной, небесной механике. На их взаимодействии
действуют звездные системы. Эти силы дополняют друг друга и образуют единое
гравиинерционное взаимодействие, одно из 4-х известных во Вселенной. Об этом
говорит и факт единого заряда данного взаимодействия, а именно масса тел, ибо
гравитационная и инерционная массы равны между собой. Это одна и та же масса.
В обычной механике эти силы могут взаимодействовать с силами других
взаимодействий, т.к. известные 4 взаимодействия существуют в природе во
взаимосвязи между собой, поэтому ученые и пытаются разработать теорию единого
поля, пока что не очень успешно. В конечном счете, сколько бы промежуточных
звеньев в системе не было, ЦБСИ вращающегося тела все таки в конечном счете
взаимодействуют с массой второго тела (центром вращения),замыкаются на нем,
на силе гравитации.

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим свободно вращающуюся массу
на нити вокруг центра О с постоянной окружной скоростью V (рис. 1а). Вращению
массы сопутствует ЦБСИ и уравновешивающая ее ЦСС натяжения нити. Это
вращение, согласно закону сохранения момента количества движения (ЗСМКД),
может продолжаться бесконечно, на то он и закон сохранения. В
действительности это не совсем так. В точке А разорвем связь (нить). Вращение
мгновенно прекращается, ЦБСИ и ЦСС сразу обнуляются, рабочее тело (масса) с
прежней скоростью V начинает движение по прямой, касательной к окружности
вращения в точке Б (праща), в соответствии с законом сохранения энергии (ЗСЭ)

Таким образом произошло преобразование вращения в
прямолинейное движение, момента количества движения (МКД) в количество
движения (КД), один закон сохранения исчез и превратился в другой, действие
одного ЗС прекратилось и началось действие другого, т. е. произошла
трансформация 2-х законов сохранения. Этот процесс обратимый (рис. 1в):
линейное движение может трансформироваться во вращение, если тело приобретет
связь с центром вращения, расположенным на большой массе М. Со времен Ньютона
на это явление не обращалось внимания, а ЗС считали незыблемым. Говорят, если
мы оборвали связь, то уходящее по касательной тело имеет плечо относительно
центра вращения, равное радиусу вращение R и МКД сохраняется. С этим нельзя
согласиться, ибо вращение прекратилось, ЦБСИ и ЦСС обнулились, тело стало
свободным, народилось прямолинейное движение, да и центр вращения (большая
масса) может уйти в пространство после момента обрыва связи, остается только
виртуальная точка от него и можно вообразить бесконечное число таких
виртуальных центров вращения. Если ЦБСИ=ЦСС, то система статична (рис. 1а),
тело не перемещается вдоль радиуса. Поскольку ЦБСИ и ЦСС всегда должны быть
равны между собой, то недостаток одной из них дополняется до равенства силой
инерции, согласно принципу Даламбера. Одна из таких сил будет активной, если
она превышает другую. Активная сила работает, ибо она осуществляет движение
массы, преодолевая сопротивление другой силы. ЦБСИ, как и любая механическая
сила, может вырабатывать кинетическую энергию, если она начнет работать, т.е.
перемещать массу в направлении действия этой силы (рис. 2).

 

 

 

 

Чтобы тело под действием ЦБСИ начало
двигаться по стержню от центра вращения, необходимо часть или всю ЦСС
заменить на динамическую силу Даламбера (силу инерции), т.е. дать возможность
телу набирать скорость и кинетическую энергию вдоль стержня за счет работы
ЦБСИ при вращении этого тела. До сих пор считалось, что эта работа
осуществлялась за счет работы привода, т.к. ЗСЭ считается незыблемым и
методические указания рекомендуют студентам решать аналогичные задачи, исходя
из ЗСЭ. Это заблуждение длится уже два века. Легко доказать, что работа
привода вращения не превращается (не трансформируется) в работу перемещения
тела от центра вращения вдоль радиуса, причем буквально одной фразой, а
именно: произведение векторов окружного усилия от крутящего момента привода и
перемещения (скорости), вдоль радиуса равно нулю, т.к. угол между ними равен
90?. Поясним проще. Это произведение есть работа (или мощность) по перемещению
(скорости) рабочего тела вдоль радиуса, совершаемая приводом. Следовательно,
привод не перемещает тело вдоль радиуса, т.к. его работа по радиусу равна
нулю. Это действие совершает только ЦБСИ. Таким образом, ЦБСИ являются
самостоятельным источником дополнительной к приводу энергии. Сказанное выше
можно считать доказательством следующей теоремы об энергии ЦБСИ: энергия ЦБСИ
массы вращающегося тела является самостоятельной энергией от действия этих
сил и не является следствием преобразования энергии привода вращения тела.
Эта теорема исключительно важна для развития перспективнейшего направления
энергетики человечества и которое было упущено академической наукой в течение
уже двух столетий. ЦБСИ являются неограниченным бестопливным (по сути
дармовым) источником самой экологичной энергии, который спасет Землю и
цивилизацию от удушья.

Дело вовсе не в том, что работа ЦБСИ создает дополнительную энергию к энергии
привода вращения, а в том, что для возбуждения ЦБСИ не требуется никакой
затраты энергии. Достаточно раскрутить тело, сообщив ему кинетическую энергию
вращения (окружную), ЦБСИ возникают в виде бесплатного приложения к этому
вращению, и работа этой ЦБСИ уже производит бесплатную энергию как обычная
сила механики. При первом впечатлении кажется, что налицо имеется нарушение
ЗСЭ, т.е. «вечный двигатель». Однако это совсем не так. Еще Е. Мах, затем А.
Эйнштейн утверждали, что силы инерции есть реакция массы Вселенной на
ускорение тела. Наличие сил инерции говорит о том, что рассматриваемая
система является открытой, не замкнутой, а формулировка ЗСЭ относится к
замкнутой системе и силы инерции в механике до сих пор считают внутренними
силами. В действительности ЦБСИ это внешняя сила системы или устройства.
Сомневающимся все же может показаться, что энергия привода вращения
преобразуется в центробежную энергию из-за возникающих сил Кориолиса при
движении рабочего тела вдоль радиуса от центра вращения. Действительно, тело
движется по радиусу и от привода вращения забирается энергия для преодоления
сил Кориолиса, но дело в том, что эта энергия тратится только на увеличение
окружной кинетической энергии тела

(и количества движения mV) из-за
увеличения радиуса вращения при n=const. Она не тратится на перемещение тела
вдоль радиуса согласно предложенной теоремы: угол между вектором перемещения
(путь) и силой Кориолиса также составляет 90? и произведение их равно 0.
Таким образом ЦБСИ могут производить дармовую энергию потому, что на
возникновение этих сил энергии привода не требуется, необходимо только
сопутствующее вращение тела. Энергию от работы ЦБСИ отдает пространство,
которое и создает эти силы. Любые силы, действующие на заряды, производятся
соответствующими полями. Это относится к ЦБСИ. Гравиинерционное (ГИ) поле
Вселенной энергетически бесплатно возбуждает во вращающейся массе ЦБСИ. ЦБСИ
это потенциал ГИ-поля Вселенной, действующий на вращающееся тело. Раскрутив
массу приводом и сообщив ей кинетическую окружную энергию, пространство
(поле) беззатратно для привода добавляет к этой массе дополнительную
потенциальную энергию с потенциалом в виде ЦБСИ, которую можно также
превратить в кинетическую. Это можно показать на следующем примере (рис. 3).
Раскрутим идеальную жидкость до скорости V в цилиндрическом сосуде любым
приводом. Кинетическая энергия вращения жидкости будет

В сечениях I-I и II-II уравнение
Бернулли запишется так:

где

и

а -
гидростатическое давление от ЦБСИ (потенциальная удельная энергия жидкости).
В сечении II-II потенциальная энергия жидкости трансформировалась в
кинетическую энергию струи после открытия задвижки. Эта энергия суммируется с
энергией от скоростного напора жидкости ( ) и представляет дополнительную
кинетическую энергию в результате работы ЦБСИ.

Стоит только привести массу во вращение, как пространство (ГИ-поле) без энергетических
затрат одаривает ее потенциальной энергией в виде бесплатного приложения,
поэтому «вечным двигателем» тут и не пахнет.

Вращающийся по инерции груз (без привода) под действием ЦБСИ будет
перемещаться по стержню с увеличением радиуса вращения R при постоянной
окружной скорости V (из-за действия ЗСЭ), при этом число оборотов будет
падать, т.к. при R,
n0, V=const, поэтому и ЦБСИ0, т.е. вращение превращается в прямолинейное
движение. Таким образом, при вращении массы по инерции, количество энергии,
получаемой от ГИ-поля является ограниченным в принципе. Чтобы количество
выделяемой от ЦБСИ энергии со временем не уменьшалось, необходимо чтобы
провод вращения поддерживал n=const. В этом случае от привода будет
забираться энергия на увеличение окружной скорости V массы из-за
увеличивающегося R вращения.

Итак, выше мы установили, что пространство выделяет кинетическую энергию телу
за счет работы ЦБСИ при движении тела от центра вращения. Это лишь одна
сторона явления: не может быть так, чтобы пространство только выделяло
ЦБ-энергию, но не поглощало бы ее. И это действительно происходит. Пусть
работает ЦСС, преодолевая сопротивление ЦБСИ, путем перемещения вращающейся
массы с окружной скоростью V к центру вращения. В этом случае, из-за
уменьшения радиуса вращения R и неизменной окружной скорости V, угловая
скорость вращения ? увеличивается, а значит, увеличивается и ЦБСИ. Таки
образом работа ЦСС, преодолевая действие ЦБСИ, закачивается в пространство,
увеличивая его потенциал, т. е. ЦБСИ. Эту закаченную энергию при желании можно
извлечь, если заставить работать ЦБСИ, при этом угловая скорость будет падать
в связи с увеличением радиуса вращения тела. Однако эту энергию можно и
потерять, если оборвать связь (обнулить ЦСС). Тогда тело улетит по
касательной с той же скоростью V, а ЦБСИ исчезнет, поглотится в пространстве
вместе с закаченной энергией. Я полагаю, что она при этом превратилась в
излучение торсионного поля. При наличии привода вращения с n=const энергия
перемещения тела к центру вращения поглощается приводом в режиме рекуперации,
ЦБСИ при этом уменьшается из-за уменьшения R, т.к.

и

Если же тело движется под действием ЦБСИ от центра
вращения, то ЦБСИ (т.е. пространство) выделяет ЦБ-энергию. При этом ЦБСИ
возрастает из-за увеличения R при n=const, и от привода забирается энергия на
увеличение V, т. е. окружной кинетической энергии тела. Два века это создавало
иллюзию, что на перемещение тела вдоль радиуса под действием ЦБСИ тратится
энергия привода вращения, тогда как она тратится только на окружную
кинетическую энергию тела, потому что в механике, согласно приведенной
теореме, не существует теоретического механизма передачи энергии привода
вращения на радиальное перемещение тела (технический аналог такого механизма
– винтовая передача). Перемещение тела осуществляет ЦБСИ, энергетически не
зависимая от энергии привода вращения. Когда работают ЦБСИ, силы Кориолиса
отбирают энергию от привода вращения, увеличиваю V, и, наоборот, когда
работают ЦСС, за счет сил Кориолиса окружная кинетическая энергия вращения
возвращается приводу из-за уменьшения V при n=const.

В итоге ЦБСИ можно создавать и увеличивать двумя способами:

а) раскручивая массу приводом, энергия которого трансформируется в
кинетическую энергию вращения без затрат на создание ЦБСИ;

б) перемещением вращающейся массы к центру вращения, преодолевая
сопротивление возрастающей ЦБСИ из-за увеличения угловой скорости, когда
энергия перемещения тратится исключительно только на увеличение ЦБСИ, т. е.
закачивается в пространство (при отсутствии привода вращения).

Система с ЦБСИ не замкнутая и применять к ней ЗСЭ надо с осторожностью. Когда
работают ЦБСИ, ЗСЭ в прежнем понимании неприменим, т.к. прирост энергии от
действия ЦБСИ обеспечивает пространство, а не привод. Энергия выделяется
пространством, когда движение тела совпадает с направлением ЦБСИ (от центра)
и, наоборот, пространство поглощает энергию, когда движение тела
противоположно (к центру). Поэтому ЦБСИ является внешней силой, а не
внутренней, как до сих пор считается в механике.

ЦБСИ есть проявление потенциальной энергии пространства, поэтому раскрученное
тело уже обладает энергией большей, чем было затрачено приводом на его
раскрутку. Это очень большая энергия, т.к. ЦБСИ ограничиваются только
прочностью материала. Как же извлекать эту энергию для практических целей?
Энергия ЦБСИ выделяется только при движении тела по радиусу от центра
вращения, а т. к. реально радиус ЦБ-двигателя (генератора энергии) конечен, то
энергию необходимо получать в циклическом процессе. Рабочее тело после
выделения энергии должно возвращаться к оси вращения, замыкая рабочий цикл.
Если рабочее тело будет периодически перемещаться вдоль радиуса от центра и к
центру вращения, энергия будет выделяться и поглощаться пространством и
выигрыша мы не получим, аналогично перемещению массы вверх-вниз в поле земного
притяжения. Избыточную энергию мы получим, если выполним важнейшее условие:
надо чтобы в циклическом процессе выделение энергии преобладало над ее
поглощением. Этого можно добиться, если возврат рабочего тела с периферии к
центру вращения осуществлять вне поля действия ЦБСИ любым способом, т.е. надо
на возврате выключить или ослабить поле ЦБСИ, тогда работа ЦБСИ будет
поступать на выход двигателя. Таким образом энергию можно извлекать только в
неоднородном поле сил, в однородном поле получить избыточную энергию
невозможно. На раскрутку рабочего тела и возникновение ЦБСИ требуется привод
вращения, затраты энергии которого после совершения работы ЦБСИ можно
рекуперировать т.е. снова возвратить приводу вращения, кроме потерь на тепло.

Положительный баланс энергии в ЦБ-двигателе можно получить следующими
способами:

1. преобразованием на периферии вращения рабочего тела в прямолинейное
движение по касательной, т.е. обрыв связи, обнуление ЦСС;

2. замедлением вращения тела на траектории его возврата к центру вращения,
т.к. при V0,
ЦБСИ также 0;

3. совместное использование обоих способов.

Рабочим телом в ЦБ-двигателях может быть твердое тело, жидкость или газ.
Вектор движения рабочего тела в ЦБ-двигателях необходимо еще и разворачивать
в требуемом направлении. Проще это выполнить, если рабочим телом является
жидкость или газ.

В качестве примера рассмотрим одну разновидность двигателя с жидкостью в виде
рабочего тела. ЦБ-ротор насоса засасывает, раскручивает и под действием ЦБСИ
подает жидкость на периферию насоса, где через реактивные сопла раскрученная
жидкость под гидростатическим давлением от ЦБСИ выбрасывается по касательной
к ротору в сторону противоположную вращению, создавая реактивную силу для вращения
ротора. На роторе происходит рекуперация энергии вращающейся жидкости и
выделение дополнительной энергии от действия ЦБСИ. Реактивные сопла
преобразуют гидростатическое давление ЦБСИ жидкости в кинетическую энергию
струи и реактивную силу на соплах, а также разворачивают вектор ЦБСИ по
касательной к ротору. Разворот вектора ЦБСИ по касательной обнуляет ЦБСИ на
возврате жидкости к центру вращения и таким образом выполняется условие для
положительного баланса выделяемой пространством бесплатной энергии. Выброшенная
соплами жидкость теряет скорость, нагреваясь и стекая в картер двигателя,
поступает к центру вращения ротора на вход ЦБ-насоса, замыкая рабочий цикл.
Как видим двигатель прост по устройству и работает так. Стартер раскручивает
ротор до оборотов начала самовращения, при которых вырабатываемая энергия от
реактивных сил сравняется с энергией потерь (на тепло). Далее двигатель
начинает вырабатывать избыточную мощность, набирая обороты из-за действия
положительной обратной связи: небольшое случайное увеличение оборотов ротора
увеличивает расход жидкости и ЦБСИ, (причем в квадратичной зависимости от
оборотов), а значит и перепад давления на соплах, что увеличивает реактивные
силы на роторе, которые в свою очередь увеличивают обороты ротора еще более и
двигатель идет в разнос. Поэтому для двигателя необходим регулятор оборотов
(регулятор расхода жидкости). В этом ЦБ-двигателе получается механическая
энергия вращения, например для электрогенератора, и тепло в виде горячей
жидкости. Впервые подобная установка была создана профессором Шаубергером
(Австрия) и служила для обогрева и электроснабжения его дома.

Практическим доказательством справедливости вышеизложенного являются и
«летающие тарелки» Шаубергера, построенные в конце войны в Германии, которые
не потребляли горючего и в которых рабочем телом в ЦБ-приводе служил вихрь
воздуха с водой, видимо для увеличения массы рабочего тела.

В 70-х годах в США механик по обслуживанию асфальтовых насосов Клемм заметил,
что некоторые из них после выключения электроэнергии продолжали вращение. На
этом факте им был построен ЦБ-двигатель мощностью 350 л.с. при весе 80 кг, который 9 суток
беспрерывно крутился на стенде фирмы «Бендикс», работники которой считали,
что источником энергии двигателя служила атомная энергия. Теперь мы видим как
далеко от истины они были. Вскоре Клемм был убит, а материалы по двигателю
были уничтожены или засекречены.

Проводятся опыты и в наше время.

Перспективы применения ЦБ-двигателей поражают воображение. ЦБ-двигатели
являются неограниченным бестопливным источником самой экологичной энергии,
который спасет Землю и цивилизацию от удушья, ЦБ-двигатель идеален для
автомобилей и других видов транспорта. Самолеты без горючего могут крутиться
сутками вокруг шарика. ЦБ-двигатели можно использовать стационарно и в
передвижном варианте для силовых установок, вырабатывающих механическую,
электрическую и тепловую энергии. Их можно использовать в качестве
самодействующих насосов, не потребляющих обычной энергии. Вихревые «летающие
тарелки» заменят вертолеты. Теплогенераторы решат проблемы ЖКХ, исключат
дорогие теплосети, энергия станет топливонезависимой.

Удивительно, как же получилось, что в течение 2-х веков ученые прошли мимо
такого мощного и, можно считать, идеального источника дармовой энергии и,
несмотря на уже накопленный опыт энтузиастов в этом вопросе, официальная
наука не реагирует до сих пор? Причин здесь много:

1. Слепая и примитивная вера в ЗСЭ, в частности, что
энергия в механической системе обеспечивается приводом, а от сил инерции
избыточной энергии получить невозможно.

2. Считалось, что ЦБСИ являются внутренними силами и система с ЦБСИ –
замкнутая, а поэтому к ней применимо определение ЗСЭ.

3. Не было четкого понятия, что ЦБСИ только сопутствуют вращению массы и
возникают без затрат энергии привода, в виде бесплатного приложения.

4. Не считалось, что ЦБСИ, как любая другая сила, может производить энергию
при движении массы совершенно независимо от других сил и привода, т.е. это
обычная механическая сила.

5. При поверхностном анализе казалось, что, при движении массы от центра
вращения под действием ЦБСИ, энергия привода затрачивается как бы на
увеличение ЦБСИ, хотя в действительности энергия привода тратилась только на
увеличение окружной кинетической энергии (увеличение V).

6. Считается, что после корифеев развивать их работы нам грешным-дело
неблагодарное, ибо они все сливки уже сняли и славы на этом поприще не
заработаешь.

7. Несовершенная организация науки.

8. Отрицательное отношение у сильных мира сего к революционному
преобразования существующей энергетики: пока не сожгут все запасы топлива,
будут активно препятствовать новому.

Поэтому здесь нужна политическая воля государства и ООН, как при освоении
атомной энергии.

ЦБ-двигатели не нарушают ЗСЭ, поэтому не являются «вечными», и поэтому подлежат
беспрепятственному патентованию. Не патентование таких двигателей является
преступлением перед человечеством, тем более, что такие двигатели могли
появиться еще во времена Ньютона. Группа в АН по борьбе с антинаукой подлежит
немедленному расформированию, ибо она есть официозная лысенковщина. По сути
своей она является форпостом международной термоядерной мафии, которая не
дает развиваться альтернативной энергетике, более дешевой и экологичной. 50
лет нам обещают море энергии, а воз и ныне там, пожирая средства, отпускаемые
на науку. Жизнь сама отсеет ошибочные теории. Судьями должно быть все научное
сообщество и практика. Передний край науки должен быть очищен от запретов
престарелых академиков со взглядами начала прошлого века.

Автор:
Пузанов Борис Иванович.

Адрес: 670009, г.
Улан-Удэ, ул. Гастелло 4-50.

Образование: высшее, инженер-механик.

Место работы: г. Улан-Удэ, ОАО Улан-Удэнский авиационный завод.

Должность: инженер-конструктор.

 

Центробежная сила — что это такое?

Перейти к содержимому Центробежная сила — что это такое?

Слова «центробежная сила» впервые были использованы в 1698 году, так что это далеко не новое понятие. Словарное определение — это «кажущаяся сила, которую ощущает объект, движущийся по криволинейной траектории, действующей наружу от центра вращения».
Все мы ощущали действие центробежной силы, когда вели машину или грузовик и поворачивали на высокой скорости.
Пока мы движемся по прямой линии, мы не чувствуем эту силу, но когда мы съезжаем с шоссе на высокой скорости на круговой пандус 270 градусов, мы чувствуем, как сила тянет нас в противоположном направлении, в котором мы поворачиваем. .
В промышленном мире эта сила постоянно присутствует во всем вращающемся оборудовании. Ротор каждого двигателя испытывает действие центробежной силы по мере увеличения скорости вращения. На вращающихся элементах центробежные силы возрастают с квадратом скорости. То есть сила не линейна со скоростью — она квадратична по мере увеличения скорости или оборотов в минуту. Как ремонтная компания, мы динамически балансируем все вращающиеся части двигателя – ротор, вентилятор, муфту или шкив. Путем балансировки мы уменьшаем центробежную силу тяжелого места, оказывающего чрезмерную силу на вращающуюся часть, что приводит к чрезмерной вибрации и преждевременному выходу из строя подшипников, посадки вала и т. д. Все промышленное оборудование имеет максимальные обороты в минуту (об/мин) на заводской табличке. . Это определяет безопасный диапазон скоростей, в котором оборудование было разработано для работы. Когда скорость вращения превышает номинальную, центробежные силы могут привести к выходу из строя вращающихся компонентов с разрушительными последствиями. Наша компания предоставила комплексному заказчику двигатель постоянного тока мощностью 600 л.с. для выемки гравия из карьера. Двигатель приводит в действие редуктор, который приводит в движение барабан подъемного троса, который поднимает большой ковш, полный материала. Когда загруженный ковш находится в точке максимального подъема, стопорный тормоз фиксирует груз, а двигатель останавливается. Что ж, стопорный тормоз вышел из строя, и загруженный ковш упал с предельной скоростью — 120 + миль в час. Теперь, когда нагрузка приводит в движение коробку передач, она становится средством увеличения скорости, а не редуктором, в результате чего число оборотов двигателя приближается к 10 000 об/мин. Обратите внимание, что двигатель рассчитан на максимальную скорость 2700 об/мин, поэтому превышение скорости двигателя составило примерно 3-кратное номинальное число оборотов в минуту. На фотографиях видно, как коллекторные стержни взорвались с такой силой, что сломали отливку толщиной ½ дюйма 9.0005 железная рама двигателя. Повреждение мотора выглядит так, будто взорвалась взрывчатка, такая как ручная граната или C-4.
Другим примером превышения скорости двигателя является ситуация, когда двигатель постоянного тока теряет ток шунтирующего поля, но привод постоянного тока не отключает ток якоря. Когда возникает такая ситуация, двигатель постоянного тока становится двигателем последовательного типа, и число оборотов в минуту продолжает увеличиваться до тех пор, пока центробежная сила не остановит его, разорвав бандаж и позволив обмоткам якоря выйти из сердечника якоря. Я был свидетелем этой ситуации на объекте заказчика во время выездного обслуживания. Мотор звучал, как реактивный двигатель, разгоняющийся перед взлетом, пока не дошел до 9.0005 внезапная остановка с очень громким хлопком. Маленькая подкладка к этому темному облаку заключалась в том, что мы получили хороший мотор и отремонтировали машину из этой плохой ситуации!

Жаклин Кин2021-01-10T16:32:56-05:00 Ссылка для загрузки страницы

В начало

Что такое центробежные и центростремительные силы?

(Изображение предоставлено: Энтони Чинг/Getty Images)

Центростремительные и центробежные силы — это силы, действующие на вращающиеся объекты. Центростремительная сила заставляет объект двигаться по кругу и всегда направлена ​​к центру этого круга. Например, гравитационная сила Солнца является центростремительной силой, удерживающей Земля вращается вокруг нее. Между тем, центробежная сила — это кажущаяся внешняя сила, действующая на объект, который движется по кругу. Примером центробежной силы может быть ощущение, возникающее при езде на карусели, которое заставляет вас лететь наружу.

Разница между центростремительной и центробежной силами

Основное различие между центростремительной и центробежной силами заключается в том, что центростремительная сила — это сила, направленная к центру окружности, которая заставляет объект двигаться по круговой траектории, а центробежная сила — это сила, направленная к центру окружности. ощущение, которое испытывает объект, когда он движется по этой круговой траектории, причем это ощущение как бы отталкивает его от центра круга.

Люди испытывают на себе действие центробежной силы, когда поворачивают за угол в автомобиле или когда самолет входит в поворот. Это происходит при отжиме стиральной машины или когда дети катаются на каруселях. Однажды она может даже обеспечить искусственную гравитацию для космических кораблей и космических станций — если мы сможем заставить космический корабль вращаться достаточно быстро, центробежная сила может обеспечить некоторое подобие нормального ощущения гравитации.

Но центробежную силу часто путают с ее аналогом, центростремительной силой, потому что они очень тесно связаны — по сути, это две стороны одной медали.

Центростремительная сила — это название, данное любой силе, которая заставляет объект двигаться по кругу — подумайте о камне, привязанном к концу веревки, а другой конец — к чему-то или в вашей руке. Когда струна закручена, натяжение этой струны не дает камню улететь по прямой линии. Это напряжение направлено внутрь, к центру круга. В качестве другого примера, гравитация Солнца обеспечивает центростремительную силу, которая заставляет планеты двигаться по своим орбитам.

Центростремительная сила всегда направлена ​​перпендикулярно направлению движения объекта. Если вы едете в машине, а дорога изгибается и поворачивает влево, нормальная сила от дороги с креном будет толкать машину влево. Если бы центростремительная сила внезапно исчезла, автомобиль продолжал бы двигаться прямолинейно.

С другой стороны, центробежная сила — это кажущаяся сила, которую ощущает объект, когда он движется по криволинейной траектории, и эта кажущаяся сила направлена ​​в направлении от центра траектории вращения, согласно Кристоферу С. Бэрду. в West Texas A&M University (открывается в новой вкладке).

Центробежная сила направлена ​​наружу, а центростремительная притягивает вращающийся объект внутрь. (Изображение предоставлено: Future)

Обратите внимание, что хотя центростремительная сила является фактической силой, центробежная сила определяется как кажущаяся сила. Другими словами, при вращении массы на струне струна воздействует на массу внутренней центростремительной силой, в то время как масса «кажется» воздействующей на струну внешней центробежной силой.

«Разница между центростремительной и центробежной силой связана с разными «системами отсчета», то есть с разными точками зрения, с которых вы что-то измеряете», — сказал Эндрю А. Ганс, физик-исследователь из Вашингтонского университета. «Центростремительная сила и центробежная сила на самом деле являются одной и той же силой, только в противоположных направлениях, потому что они воспринимаются из разных систем отсчета».

Если вы наблюдаете за вращающейся системой снаружи, вы видите внутреннюю центростремительную силу, которая заставляет вращающееся тело двигаться по круговой траектории. Однако, если вы являетесь частью вращающейся системы, вы испытываете кажущуюся центробежную силу, отталкивающую вас от центра круга, хотя на самом деле вы ощущаете внутреннюю центростремительную силу, которая не дает вам буквально уйти по касательной. .

Вернемся к примеру с автомобилем после поворота с креном. Если вы наблюдаете снаружи, вы можете наблюдать центростремительную силу, толкающую автомобиль внутрь к центру, заставляя его двигаться по кругу. 2/r.

Третий закон Ньютона гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Точно так же, как гравитация заставляет вас воздействовать на землю, кажется, что земля оказывает равную и противоположную силу на ваши ноги. Когда вы едете в разгоняющемся автомобиле, сиденье оказывает на вас силу, направленную вперед, точно так же, как кажется, что вы оказываете на сиденье силу, направленную назад.

В случае вращающейся системы центростремительная сила притягивает массу внутрь, следуя по кривой траектории, в то время как масса, кажется, выталкивается наружу из-за своей инерции. Однако в каждом из этих случаев прилагается только одна реальная сила, а другая — только кажущаяся сила.

Примеры центростремительной силы

Центростремительная сила используется во многих приложениях. Одним из них является моделирование ускорения космического запуска для подготовки космонавтов. Когда ракета запускается впервые, она настолько загружена топливом и окислителем, что едва может двигаться. Однако по мере подъема он сжигает топливо с огромной скоростью, постоянно теряя массу. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.

В большинстве случаев масса остается постоянной. Однако у ракеты ее масса резко меняется, а сила — в данном случае тяга ракетных двигателей — остается почти постоянной. Это приводит к тому, что ускорение к концу фазы разгона увеличивается в несколько раз по сравнению с нормальной гравитацией. НАСА использует большие центрифуги (открывается в новой вкладке), чтобы подготовить астронавтов к этому экстремальному ускорению. В этом случае центростремительная сила создается за счет того, что спинка сиденья давит на космонавта внутрь.

Лабораторные центрифуги быстро вращаются и воздействуют центростремительной силой на жидкости, такие как кровь, которые затем разделяются в зависимости от их плотности. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Статьи по теме

Другой пример применения центростремительной силы — лабораторные центрифуги, которые используются для ускорения осаждения взвешенных в жидкости частиц. Одним из распространенных применений этой технологии является подготовка образцов крови для анализа. Согласно Веб-сайт Experimental Biosciences Университета Райса (открывается в новой вкладке): «Уникальная структура крови позволяет очень легко отделить эритроциты от плазмы и других форменных элементов с помощью дифференциального центрифугирования».

При нормальной силе тяжести тепловое движение вызывает непрерывное перемешивание, что предотвращает осаждение клеток крови из образца цельной крови. Однако типичная лабораторная центрифуга может развивать ускорение в 600-2000 раз больше, чем .нормальная гравитация . Это вынуждает тяжелые эритроциты оседать на дно и расслаивает различные компоненты раствора на слои в соответствии с их плотностью.

Эта статья была обновлена ​​11 ноября 2021 г. редактором Live Science Беном Биггсом.

Дополнительные ресурсы

Подробнее об основах центростремительной силы можно прочитать в Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке).