Глава 5 криволинейное движение тела

 

Всем хорошо знакомы силы инерции, возникающие при ускорении или торможении движущегося тела. В терминах эфиродинамики, можно сказать, что «эфир проявляет себя» при ускорении тел. Впрочем, существование эфирной упругой среды можно обнаружить и для неподвижных тел, в процессах их упругой деформации (растяжения или сжатия межатомных связей), но мы рассмотрим эти эффекты позже.

Ускорение криволинейного движения зависит от кривизны траектории (радиуса), а создаваемая при измерении траектории центробежная сила F определяется по простой формуле, второй закон Ньютона:

F = ma (F.1) где F – сила, m – масса движущегося тела, а – ускорение криволинейного движения.

Сила F зависит от ускорения, а оно является функцией скорости и радиуса кривизны траектории движения тела, имеющего инерциальную массу. При движении тела по окружности, создается одинаковая сила F во всех радиальных направлениях. При движении тела по криволинейной траектории переменного радиуса, величина ускорения и силы будет меняться на разных участках траектории. В сумме, результирующая сила может быть ненулевая, что создает движущую силу в одном преимущественном направлении. Использовать данную идею можно разными конструктивными методами, например, на рис. 15 предлагается схема движителя Вейника, в котором по криволинейной траектории переменного радиуса катаются металлические шарики [6]. В одном из экспериментов Вейника, в конструкции БМ‑28, по криволинейной траектории, примерно 45 мм диаметром, двигалось 8 металлических шариков диаметром 8 мм. Вращение обеспечивал электропривод, на его оси было установлено «водило» – диск, в котором сделано 8 радиальных каналов для шариков. Шарики могли свободно менять свой радиус вращения внутри канала. Очевидно, что, при вращении, центробежная сила прижимает шарики к внешнему кольцу, которое установлено с эксцентриситетом: ось внешнего кольца, ограничивающего радиус вращения шариков, не совпадает с осью мотора. Эксцентриситет траектории движения шариков, в данной конструкции А.И. Вейник, был равен 0,7 мм. При скорости вращения порядка 21000 оборотов в минуту, устройство создавало движущую силу около 1,4·10‑4 (Н), направленную перпендикулярно оси вращения мотора, в направлении эксцентриситета орбиты шариков.

 

Рис. 15. Движитель Вейника

На фото (справа на рис. 15) показана парная конструкция движителя Вейника. Сочетание двух приводов встречного вращения позволяет компенсировать реакцию крутящего момента, сохраняя одинаковое направление движущей силы F в обоих движителях. Эксцентриситет орбит шариков обоих приводов должен быть ориентирован в одном направлении. Данный эксперимент Вейника был воспроизведен в ООО «Лаборатория Новых Технологий Фарадей» в 2002 году. Отметим, что работа движителя, разработанного в нашей лаборатории, сопровождалась значительной вибрацией, поэтому, увеличение эксцентриситета или скорости вращения было затруднительно. Силы, действующие в данной конструкции, были незначительны. Теоретически, рассматривался один из вариантов модернизации данной схемы: предлагалось добавить в конструкцию резиновый (упругий) обод, к которому центробежная сила должна прижимать вращающиеся шарики. Изучив вопрос надежности конструкции и перспективы данного метода, было решено найти другое техническое решение концепции движителя, использующего криволинейное ускоренное движение рабочего вещества, то есть, инерциальной массы.

Схема с применением жидкого рабочего вещества, движущегося по криволинейной замкнутой траектории переменного радиуса, была рассмотрена мной в 1996 году, [1]. Жидкое рабочее вещество, в отличие от металлических шариков, более удобно для применения в данной схеме. Разумеется, в данном случае, следует оптимизировать три фактора: увеличить плотность жидкости (рабочую массу при том же объеме), увеличить скорость движения рабочей массы, и обеспечить упругость взаимодействия. Предположим, что на поворотном участке трубопровода (корпуса), по U‑образной траектории, с ускорением движется жидкое рабочее вещество, то есть, некоторая инерциальная масса, рис. 16.

 

Рис. 16. Центробежная сила, возникающая при криволинейном движении жидкости по трубе

Очевидно, что на частицы жидкости действует сила F = ma, согласно второго закона Ньютона. Данная сила прижимает рабочую жидкость к внутренней поверхности трубы на радиусе поворота. Вернемся к электрокинетическим конструкциям. Эффекты Сигалова – это варианты проявления законов Грассмана для постоянных токов в проводнике сложной формы. Однако, есть и частный случай данного явления: мощная движущая сила возникает при импульсе тока в V‑образном или U‑образном проводнике.

На мой взгляд, этот случай не относится к эффекту Ампера – Грассмана, то есть, к взаимодействию тока и магнитного поля, а является результатом возникновения центробежной силы в электрокинетических движителях, по аналогии с концепцией движителя, показанной на рис. 16.

При таком рассмотрении, импульсный электрокинетический эффект может найти большее практическое применение, чем электрокинетические движители постоянного тока. Дело в том, что фронт импульса, то есть, волна смещения электронов в проводнике при включении тока, перемещается по проводнику со скоростью более сотен километров в секунду. Такой сдвиг вещества небольшой массы, но имеющей большую скорость, создает мощный кратковременный импульс движущей силы. При установлении постоянного тока, центробежные силы очень малы, так как реальная скорость движения электронов в проводнике составляет всего около 0,1 мм в секунду.

В связи с этим, реализация идеи с насосом и жидким циркулирующим рабочим веществом, рис. 16, не представляет большого практического интереса. Высокочастотный импульсный электрокинетический эффект, при наличии мощного источника электрической энергии, может быть намного эффективнее, чем любые механические устройства, за счет большой скорости распространения фронта импульса электрического тока в проводнике.

Масса частиц рабочего вещества – это второй фактор увеличения центробежной силы, согласно формуле F.1. Электроны имеют очень маленькую инерциальную массу.

Интересно было бы организовать эксперименты по изучению импульсного электрокинетического эффекта в U‑образном контуре для протонов (ионизированного водорода), поскольку они в 1836 раз тяжелее электронов. Впрочем, более удобным для практического применения может оказаться конструктивный вариант U‑образного импульсного электрокинетического движителя, рабочим веществом которого является электролит. В таком случае, движитель будет похож на электролитический конденсатор необычной формы, с импульсным источником питания.