Силы, действующие в инерцоиде без учёта инерции движения грузов по окружности.

Для того чтобы обосновать или опровергнуть безопорное движение, как реально наблюдаемое в природе явление, недостаточно голословного отрицания со ссылкой на закон сохранения импульса. Не вызывает также доверия и обоснование безопорного движения с помощью феноменологических теорий. Грузы и тележка совершают сложное движение, в котором нелегко разглядеть причину реально наблюдаемого поступательного перемещения инерцоидов. Необходима детальная проработка механизма движения инерцоида с точки зрения фундаментальных законов природы. И только взвесив все «за» и «против» можно сделать какие-то выводы.

В процессе вращения грузов под действием привода инерцоида между грузами и тележкой происходит реактивное взаимодействие. Рассмотрим реактивное взаимодействие грузов и тележки только с точки зрения взаимодействия их реальных масс без учёта инерции их движения. Будем считать, что энергия взаимодействия распределяется между взаимодействующими телами и полностью преобразуется в кинетическую энергию движения взаимодействующих тел по линии взаимодействия со скоростями обратно пропорциональными соотношению их масс (Рис. 12.2.1). При этом линиями взаимодействия между двумя равными по массе телами: тележкой и грузами будем считать оси (ОХ) и (OY).

Полный цикл реактивного взаимодействия грузов и тележки вдоль каждой из осей координат происходит на отрезке их максимального сближения или максимального расхождения вдоль выбранных осей в зависимости от фазы процесса. Максимальное сближение и максимальное расхождение между грузами и тележкой определяется размерами физического радиуса вращения грузов. Поэтому законченным циклом реактивного взаимодействия будем считать взаимодействие грузов и тележки вдоль осей координат в пределах радиуса вращения грузов.

Рассмотрим реактивное взаимодействие грузов и тележки в правой полуплоскости относительно оси (ОY) на примере одной первой (I) четверти вращательного движения. На рисунке 12.2.1 изображена эквивалентная схема инерцоида с приводом вращения грузов, поясняющая действие сил, возникающих в процессе реактивного взаимодействия грузов и тележки. Инерцоид на Рис. 12.2.1 представлен в виде тележки на колесах (Т) и рамки привода (П), между которыми расположены две пружины. Внутри рамки привода находится еще одна пружина, установленная между грузами. Пусть изначально пружины между (Т) и (П) находятся в растянутом состоянии, а пружина между грузами в сжатом состоянии. Пружины приводят в движение грузы (Г1), (Г2) посредством рамки привода (П). На Рис.12.2.1 инерцоид находится в фазе, когда пружины между (Т) и (П) сжимаются, а пружина между грузами расправляется.

Чтобы смоделировать вращение грузов в левой по рисунку 12.2.1 полуплоскости сделаем допущение, что при переходе грузами оси (ОУ) пружины мгновенно заменяются другими аналогичными пружинами, но работающими в противоположном направлении. После достижения «грузами» крайней левой относительно рисунка точки, можно опять допустить соответствующую замену пружин и т. д. до завершения полного оборота грузов. Таким образом, мы получим эквивалентную схему реального привода вращения грузов в инерцоиде.

 

Рис. 12.2.1

Привод обычно установлен на тележке и входит в общую массу тележки, поэтому будем считать, что масса рамки привода (П) и пружин, которые вместе собственно, и являются эквивалентом привода, сосредоточена в центре тяжести тележки (Цтт), т.е. будем считать, что привод, который изображен на рисунке отдельно от тележки, не имеет массы. Чтобы не загромождать рисунок схема действия сил показана на примере одного груза (Г1).

Поскольку схема инерцоида абсолютно симметрична, то силы действующие на груз (Г2) и реакция на них тележки и рычагов зеркально симметричны относительно оси (ОХ). Нумерация четвертей по ходу движения груза (Г1) выполнена основным текстом. Учитывая, что груз (Г2) движется в противоположную сторону, то для груза (Г2) первой четвертью будет четвертая четверть на рисунке. Нумерация четвертей по ходу движения груза (Г2) обозначена в скобках.

Итак, на груз (Г1) действует сила привода вдоль продольной оси (–Fпх). Кроме того, со стороны рычага и части рамки (П), заключенной между грузами, на груз (Г1) действуют сила реакции рычага (Fр) и сила привода (F пу) вдоль поперечной оси (ОУ). Чтобы определить результирующую силу, действующую вдоль оси (ОХ) на груз (Г1) сначала найдем равнодействующую сил реакции рычага (Fр) и привода (Fпу). Сложив их по правилу параллелограмма определим равнодействующую этих сил – суммарную силу привода и реакции (Fпрх).

Затем определим равнодействующую всех сил, действующих на груз (Г1). Сложив по правилу параллелограмма силу (Fпрх) с силой (–Fпх) получим силу окружную (Fокр). Проекция силы (Fокр) на ось (ОХ) действует на груз (Г1) вдоль оси (ОХ) с силой груза вдоль продольной оси (Fгх). На общий центр тяжести грузов (Цтгг) вдоль оси (ОХ) действует удвоенная сила грузов (2Fгх).

На тележку со стороны груза (Г1) действует сила привода (Fпх) и сила реакции рычага (–Fр). Кроме того, рычаги воздействуют на тележку с силой привода (±Fпу). Ответные на это воздействие силы реакции со стороны тележки это силы реакции тележки (Fрту) и (–Fрту). Эти силы равны по величине и противоположны по направлению и действуют вдоль одной линии. Следовательно, все силы, действующие на тележку вдоль оси (OY) со стороны грузов под действием привода или инерции грузов, взаимно компенсируются и их можно не учитывать.

По правилу параллелограмма определим равнодействующую силы реакции рычага и силы привода в центре тяжести тележки, т.е. суммарную силу реакции и привода (Fрп). Проекцией силы (Fрп) на ось (ОХ) является сила тележки (Fтх). Это сила, действующая на тележку при ее взаимодействии с одним грузом (Г1). Если учесть второй груз (Г2), то суммарная сила, действующая на тележку со стороны грузов будет равна удвоенной силе, действующей на тележку (Fтх) вдоль оси (ОХ), т.е. это сила (2Fтх).

В соответствии с третьим законом Ньютона:

 – 2Fхг = + 2Fхт

Время взаимодействия (t) является общим для действия каждой из этих сил. Следовательно, импульсы сил, полученные тележкой и грузами вдоль оси (ОХ) в результате их реактивного сближения в первой четверти вращения грузов равны по величине и противоположны по направлению:

– t * 2Fгх = + t * 2Fтх

или:

– t * 2Fгх + t * 2Fтх = 0

Таким образом, в фазе реактивного сближения грузов и тележки в первой четверти вращения для каждого из грузов суммарное изменение импульса движения инерцоида относительно оси (ОХ) равно нулю. Это означает, что если остановить движение грузов и тележки при пересечении грузами поперечной оси (ОY), то импульс замкнутой системы инерцоида также будет равен нулю.

Когда грузы пересекают ось (ОY) и оказываются во второй четверти, наступает фаза реактивного расхождения грузов с тележкой. В механизме их реактивного взаимодействия с тележкой принципиально ничего не меняется. Поэтому суммарное изменение импульса движения инерцоида вдоль продольной оси при прохождении грузами второй четверти кругового движения также равно нулю (см. Рис. 12.2.2).

Рис. 12.2.2

В третьей четверти вновь наступает фаза реактивного сближения, а в четвертой – фаза реактивного расхождения.

Совершенно аналогично можно показать, что в каждой последующей четверти кругового движения тела «грузы» суммарный импульс движения инерцоида относительно оси (ОХ) за счет реактивного взаимодействия реальных масс без учёта инерции их движения не изменится. Следовательно, за полный оборот грузов в процессе их реактивного взаимодействия с тележкой без учёта влияния инерции кругового движения грузов, изменения импульса движения инерцоида вдоль оси (ОХ) не происходит в полном соответствии с законом сохранения импульса.

Что касается сохранения импульса при реактивном взаимодействии грузов и тележки относительно оси (OY), то здесь все гораздо проще. По сути дела вдоль поперечной оси грузы через тело тележки и связующие рычаги взаимодействуют только между собой. В соответствии с законом сохранения импульса общий импульс системы из двух одинаковых тел при взаимодействии между собой не изменяется. Следовательно, движение грузов вдоль оси (ОУ) не оказывает никакого влияния на движение тележки и инерцоида в целом в этом направлении.

Рычаг груза (Г1) под действием силы привода (+Fпу) стремится переместиться вдоль поперечной оси в положительном направлении (см. Рис.12.2.1). Поэтому на левый конец рычага (Г1) действует ответная сила реакции тележки (–Fрту). Соответственно на левый конец рычага (Г2), который под действием силы привода (–Fпу) стремиться переместится вдоль поперечной оси (ОY) в отрицательном направлении, действует сила реакции тележки (+Fрту). При этом силы привода (±Fпу) компенсируются силами реакции тележки (±Fрту). Общий импульс движения инерцоида вдоль поперечной оси при этом не изменяется. На рисунке 12.2.1 легко видеть, что все поперечные составляющие сил, действующих между грузами, взаимно компенсируются.

Силы, связанные с инерцией движения грузов на Рис. 12.2.1 не показаны. Однако с какой бы силой ни взаимодействовали между собой грузы, и какую бы инерцию они при этом ни приобретали – полная симметрия относительно оси (ОХ) при синфазном движении грузов по окружности в противоположных направлениях гарантирует полную взаимную компенсацию их воздействия на импульс движения инерцоида вдоль поперечной оси (ОУ).

Таким образом, силы привода (±Fпу) и силы инерции движения грузов по окружности, действующие на тележку вдоль поперечной оси (OY) не приводят к изменению импульса движения инерцоида вдоль поперечной оси (ОY).