Летающее устройство без отброса массы

[densaface]

Привет всем! Мы тут наизобретали принципиально новый способ создания подъемной силы. Но прежде чем переходить к практическому воплощению, что будет недешево из-за наличия магнитного подшипника и вакуумной камеры, хотели бы собрать здравую критику на этом форуме.

Для создания подъемной или движущей силы вращающийся по замкнутому контуру заряд может использовать ТОЛЬКО ГРАДИЕНТ магнитного поля, а не его абсолютное значение (магнитные экраны на самом деле являются лишь компенсаторами магнитного поля). А если экранируемое поле на самом деле суперпозиция внешнего поля и поля компенсатора, то и результирующая сила будет состоять из силы отталкивания от источника внешнего поля и силы отталкивания от источника компенсирующего поля, что создает эффект барона Мюнхаузена, вытаскивающего себя из болота за волосы. Подробности готов изложить по первой просьбе в комментариях.
Поэтому наша задача: создать летающее устройство, которое сможет создать подъемную силу за счет градиента магнитного поля (МП) Земли, т.е. $ \Delta B $ порядка $10^{-11}$ Т/м. И использовать для этого мы будем банальную силу Лоренца $ F_L= qVB $ (синус угла опустим, потому что скорость во всех дальнейших рассмотрениях будет перпендикулярна $ B $).



Фиг. 1. Схема направления действия сил Лоренца (вид сбоку). $F_C$ – центробежная сила, $F_{L2}$- сила Лоренца, действующая на заряженные частицы диска со стороны однородного поля $ B_2 $, создаваемого внешним магнитом 3 (фиг. 2), $F_{L1}$ – сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в верхней точке $ B_1 $, $F`_{L1}$ - сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в нижней точке $ B_1` $, $V$ – скорость и направление вращения диска, $R_1$ – радиус внутренней неактивной части диска, может быть сделана из диэлектрика, либо просто вырезана или использована для крепления магнитного подвеса, $R_2$ – общий радиус диска.

Пока не обращайте внимания на все величины с индексом 2. Ниже будет объяснение

Оценим суммарную силу Лоренца, действующую на вращающийся заряженный диск, создаваемую со стороны внешнего магнитного поля, линейно изменяющегося от минимального значения $ B_1` $ (фиг. 1) в нижней части диска до максимального $ B_1 $ в верхней части диска (дальше эта сила будет называться еще как магнитоградиентная). На каждой произвольной точке этого диска будет действовать согласно классическим представлениям физики сила Лоренца. Не буду утомлять тонкостями двойного интегрирования. По сути мы получаем то же самое qVB, уменьшенное в Пи раз (поскольку полезная подъемная сила создается лишь верхней частью диска и горизонтальными составляющими скорости). Также мы учтем для общего случая, что в центре диска может быть неактивное отверстие, таким образом вычитаем из полученного интеграла такой же двойной интеграл но уже для малого отверстия $ R_1$. Получаем довольно громоздкую формулу:

$F = \frac{\Delta B\omega Q}{\Pi R_2} \frac{R_2^{4}-R_{1}^{4}}{R_{2}^{2}-R_1^{2}}} $        (1)

где $\Delta B $-максимальная разница магнитного поля на краях диска, в данном случае
$\Delta B= B_{1}-B_{1}`$,
$ \omega $ – угловая частота вращающегося диска, $ V=\omega R_2$
$ Q $ – суммарный заряд диска
$ R_1 $ – внутренний радиус диска, неактивная зона диска, где отсутствует электрический заряд
$ R_2 $ – внешний радиус диска.

Поскольку ключевым фактором успеха является достижение максимального произведения заряда диска на его скорость вращения, то мы применим главную хитрость устройства, которая позволит увеличить и скорость и заряд на порядки величин - рядом с вращающимся диском помещаем сильный магнит, порядка 1 Т, можно и меньше, для простоты расчетов возьмем 1, поле $ B_2 $ (фиг.1), создаваемое внешним магнитом 3 (фиг.2), выполняющее сразу 2 задачи: 1. Создание достаточных лоренцевых сил, действующих радиально на положительно заряженный остов диска и направленных в центр диска для компенсации центробежных сил (для значительного преодоления скорости вращения, при котором произошел бы разрыв незаряженного диска) ; 2. Создание лоренцевых сил, действующих радиально на свободные электроны в диске и направленные от центра диска с целью суммирования с центробежными силами и полного избавления от всех свободных электронов (или их значительного количества). Схема направления этих сил иллюстрируется на фиг.1, где $ F_C $ – центробежная сила, $F_{L2}$- сила Лоренца, действующая на диск со стороны однородного поля $ B_2 $, $F_{L1}$ – сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в верхней точке, $F`_{L1}$ - сила Лоренца, действующая на диск со стороны МП Земли в нижней точке.



Фиг. 2. Схема расположения основных элементов конструкции магнитоградиентного двигателя (вид сверху). 1 - положительно заряженный диск, 2 - вакуумная камера, 3 – внешний магнит, 4 - магнитный подвес (магнитоактивный подшипник), 5 – электроды, создающие переменное электрическое поле для изменения скорости вращения диска, 6 – магнитопровод.

Теперь чем быстрее мы будем вращать диск, тем больше отрицательного заряда будет на крае диска и тем положительнее будет заряжаться центральная часть диска. Поскольку помимо центробежных сил на положительную часть диска будет действовать сила Лоренца $ F_{L2} = Q V B_2 $ , удерживая диск от разрыва, и такая же сила Лоренца будет действовать в обратном направлении на свободные электроны в металле, которые при определенных скоростях начнут покидать диск. А поскольку связи свободных электронов с атомами металла слабее, чем межатомные связи, то в первом приближении мы можем предположить, что при определенной скорости все свободные электроны должны покинуть диск. Поэтому в расчетах критической угловой скорости, при которой произойдет разрыв диска, примем за верное условие: диск покинули все свободные электроны проводимости. Ниже будет оценена реализуемость этого условия. Таким образом, в первом приближении заряд диска можно выразить формулой для расчета заряда валентных электронов

$ Q = k_e V = \frac{N_a \rho e Z_e}{M} V=\frac{N_a e Z_e}{M} m $       (2)
где $ k_e $ – концентрация электронов проводимости,
$ N_a $ – число Авогадро,
$ e $ – заряд электрона,
$ Z_e $ – число валентных/свободных электронов на атом
$ M $ – молярная масса материала диска
$ V $ – объем активной части диска
$ m $ – масса активной части диска

Оценим, до каких угловых скоростей мы сможем раскручивать диск без риска его разрыва от центробежных сил, если учесть, что центробежная сила $F_C$ квадратично растет с угловой скоростью $ \omega $: $F_C = m \omega 2R $, а компенсирующая ее сила Лоренца $F_{L2}$ линейно от $ \omega $:
$F_{L2}= Q V B_2= Q \omega R B_2$

Приравняв эти 2 силы, мы можем определить критическую частоту вращения
$ \omega = \frac{B_2 Q}{m} $       (3)
Подставляя (2) в (3)
$ \omega = \frac{N_a e Z_e}{M B_2}$       (4)

Подставляя внешнее поле $B_2 = 1 $ Тл, $ Z_e = 3 $ и $ M =27 10^{-3} $ кг/моль для алюминия, получим
$ \omega = 6 \cdot 10^{23} \cdot 1.6 \cdot 10^{-19} \cdot 3 / 0,027 = 1,07 \cdot 10^7 $ рад/с или разделив на $ 2\Pi $ получим частоту вращения $ 3,4 \cdot 10^6 $ оборотов в секунду. Для меди аналогичные расчеты дают критическую частоту вращения $2,3 \cdot 10^5 $ оборотов в секунду.

Мы получили гигантскую критическую частоту вращения, выше которой силы Лоренца не смогут компенсировать центробежные силы и диск разорвет. Это позволяет более уверенно предполагать, что при таких скоростях вращения в материале не должно остаться свободных электронов, поскольку на них будет действовать сумма центробежной и лоренцовой сил, на несколько порядков превосходящие силы разрыва диска (силы межатомных связей)
Отдельным вопросом будет преодоление кулоновских сил отталкивания между атомами, каждый из которых будет заряжен положительно на величину утраченных свободных электронов. Будет ли достаточно межатомных связей для удержания диска от разрыва при наличии такого большого одноименного заряда или понадобится «замуровывать» диск в какие-то другие материалы, например, сделать в виде пленочных структур, с разделяющими слоями из сегнетоэлектрических материалов, которые, как известно, имеют диэлектрическую проницаемость среды до $10^4$ - $10^5$ единиц, соответственно могут ослабить кулоновское взаимодействие до $10^4 - 10^5 $ раз. Этот вопрос потребует отдельной экспериментальной проверки (и, думаю, отдельного обсуждения в комментариях).

Итак, теперь в (1) мы можем подставить как критическую частоту вращения, так и максимально возможный заряд диска, чтобы получить максимально возможную подъемную силу для МП Земли

$F= K \frac{\Delta B \omega R_2 (R_2^4-R_1^4)}{M} N_{a} h \rho e Z_{e}$        (5)

$ K $ – коэффициент, выражающий долю покинувших диск свободных электронов, 1 когда все валентные электроны покинули диск (идеальный случай), либо меньше единицы, если требуется сохранить какую-то часть свободных носителей заряда,
$ h $ – толщина диска,
$ \rho $ – плотность материала диска,
$ e $ – заряд электрона,
$ Z_e $ – число валентных электронов на атом материала диска

Или выразим толщину и плотность через массу диска и все константы вынесем в отдельную константу, чтобы получить более красивую формулу:

$F = \frac{\gamma \Delta B\omega m }{R_2} \frac{R_2^4-R_1^4}{R_2^2-R_1^2}} $

где
$ \gamma = \frac{N_a e Z_e}{\Pi M} $

константа, характерная для каждого материала, т.е. по ее значению можно определить самый лучший материал/проводник для вращающегося диска.

В предпоследней формуле магнитоградиентную силу можно поделить на массу, чтобы понять, сколько каждый килограмм вращающегося диска может поднять при ранее посчитанных критических скоростях вращения для алюминия и плотности заряда валентных электронов. Сможет ли поднять хотя бы самого себя? Считаем

$F_{U} = K \frac{\Delta B \omega }{M \Pi R_2} N_a e n_e \frac{R_2^4-R_1^4}{R_2^2-R_1^2}} $

Берем данные для алюминия и радиус $ R_2 = 1 $ м, $ R_1 =0,5 $ м, $ K = 1 $ (все свободные электроны покинули диск), получаем
$F_{U} = 10^{-11} \cdot 1,07 \cdot 10^7 \cdot 6 \cdot 10^{23} \cdot 1,6 \cdot 10^{-19} \cdot 3 \cdot 1,25/3,14/0,027 = 454 $ Н/кг
т.е. каждый кг вращающегося алюминиевого диска будет создавать подъемную силу в 45 кг, а каждое удвоение радиуса будет более чем в 4 раза увеличивать этот показатель.
В итоге можем резюмировать о теоретической возможности создания летающего устройства за счет градиента МП Земли с более чем десятикратным превосходством результирующей силы над силой гравитации

Вот такие довольно простые расчеты и логика рассуждений. Вообще, я был уверен, что подобное уже давно придумано, потому что выглядит довольно простенько, конструкция проста как табурет. Удивился, когда ничего подобного не смог найти ни в патентах, ни на просторах интернета. Возможно, кто-то более хитрым способом сможет найти аналог и ткнуть меня носом. Буду признателен. В общем, жду разоблачений моих легкомысленных рассуждений в комментах, хотя возможно кому-то понравится идея, я открыт не только для критики, но и для сотрудничества

p.s. Перспективы: в десятки раз более дешевые перелеты в воздушной атмосфере, в сотни раз более дешевые полеты в космос (не надо запускать махины и тратить огромные баки топлива, чтобы поднять огромные баки топлива). Новый класс безопасности полетов без перегрузок, безопасность самого полета, двигатель не контактирует с внешней средой. Плюс можно закрыть производство аномально вредного ракетного топлива https://www.forbes.ru/biznes/353717-evrosoyuz-oslabil-sankcii-radi-poleta-na-mars

Пара ложек дегтя:

1. Магнитоградиентная сила всегда будет направлена коллинеарно градиенту магнитного поля. Как бы не изловчались, проекции сил в других направлениях будут самовычитаться. Для решения этой проблемы в вышеприведенном видео я предлагаю использовать систему искусственных магнитных полей.
2. Мы компенсировали сильным магнитом огромные центробежные силы. А куда собственно будут приложены ответные силы по третьему закону Ньютона. Ведь если магнит силой Лоренца воздействует на пролетающий мимо него заряд, то и заряд в свою очередь воздействует таким же образом на магнит, мимо которого пролетает. Поэтому на магнит будут также действовать все эти центробежные силы, пытаясь его разорвать и это может стать серьезной проблемой. Тут есть лазейки: мы можем сколь угодно сильно укреплять этот магнит внешними конструкциями, увеличением толщины магнита ослаблять плотность сил.


p.p.s. За счет чего будет осуществляться полет? Надо ли брать баки топлива с собой на поддержание вращения диска? Как известно сила Лоренца никогда не совершает работы сама, она заставляет другие источники работать на себя. Например, сила Ампера как частный случай силы Лоренца заставляет сближаться провода с параллельным током друг с другом, но при этом работу совершает не сила Лоренца, а источники тока, которые и пускают ток по этим проводам. Также и в случае магнитоградиентной силы: она будет завставлять совершать работу за счет запасенной кинетической энергии вращающегося диска. И любое такое совершение работы будет уменьшать частоту вращения диска. И это самое прекрасное во всем этом изобретении, потому что диск, вращающийся с такими невероятными циклическими скоростями запасает в себе огромное количество энергии. Он и будет являться идеальным "баком с топливом". Его плотность энергии в 1000-10000 раз выше самого энергоэффективного топлива на Земле. Это позволяет подобному летающему устройству в 10 тонн сделать на Земле необходимую длительную по времени раскрутку диска до нужных частот вращения, потом начать набирать высоту и разогнаться до первой космической скорости, потеряв всего половину запасенной на вращение мощности, а уже на орбите за счет энергии солнечных батарей снова восполнить потерянную энергию. По первой просьбе в комментариях приведу более детальные расчеты озвученных цифр.

[EUgeneUS]

Пока не снесли в карантин для набора формул.

В магнитном поле можно сделать левитацию.
Практически магнитное поле Земли очень слабо для этого.
Бред у Вас начинается дальше:

densaface в сообщении #1488887 писал(а):

Берем данные для алюминия и радиус R$_{2}$ = 1м, R$_{1}$ =0,5м, K = 1 (все свободные электроны покинули диск), получаем

То есть у Вас все электроны покинули диск, но Вы продолжаете считать диск алюминиевым.

[densaface]

Магнитное поле Земли слабо, но я привожу формулы, где показываю что его сверхмалого градиента в 10-11 Т/м достаточно для создания нужной подъемной силы. Вы тогда на уровне ошибки в формуле укажите где неверно.

EUgeneUS в сообщении #1488890 писал(а):

То есть у Вас все электроны покинули диск, но Вы продолжаете считать диск алюминиевым.

Формально на сегодня нет экспериментальных данных, останется алюминий алюминием после отдачи всех валентных электронов)

Формулы изо всех сил пытался вбивать, но редактор формул очень не любит спецсимволы, в частности греческие символы типа амеги.

[EUgeneUS]

densaface в сообщении #1488894 писал(а):

в частности греческие символы типа амеги.

Да, с символами "типа амеги" проблемы, не поспоришь.
Но Вы бы ознакомились с хелпом по LaTeX, где-то в материалах форума есть.

[densaface]

может, разрешат, в правилах не видел запрета использования картинок как формул

[ozheredov]

densaface
Если вдруг (ну вдруг!) для вашего пепелаца потребуется вечный двигатель, предлагаю такую конструкцию:

Замкнутая нить перекинута через два вертикально расположенных друг под другом блока. С одной стороны нити (скажем, слева от блоков) к нити прикрепляется груз 6 кг, а симметрично, справа от блоков, 9кг. Разность весов приводит нить и блоки в движение, которое за счет инерции заставляет груз 6 кг "провернуться" чуть-чуть вправо, а 9 кг -- чуть-чуть влево. При этом, как нетрудно догадаться, грузы переворачиваются "вниз головой", и цифра 9 становится цифрой 6, и цифра 6 - цифрой 9. Таким образом, слева от блоков снова находится груз 6 кг, а справа -- 9кг, и движение продолжается.

Что ты скажешь на это, Элон Маск?

[Aritaborian]

Есличо, ozheredov имел в виду вот такое.

densaface в сообщении #1488900 писал(а):

в правилах не видел запрета использования картинок как формул

Цитата:

Ты суслика видишь? А он есть...

[densaface]

ozheredov в сообщении #1488902 писал(а):

densaface
Если вдруг (ну вдруг!) для вашего пепелаца потребуется вечный двигатель, предлагаю такую конструкцию:

Замкнутая нить перекинута через два вертикально расположенных друг под другом блока. С одной стороны нити (скажем, слева от блоков) к нити прикрепляется груз 6 кг, а симметрично, справа от блоков, 9кг. Разность весов приводит нить и блоки в движение, которое за счет инерции заставляет груз 6 кг "провернуться" чуть-чуть вправо, а 9 кг -- чуть-чуть влево. При этом, как нетрудно догадаться, грузы переворачиваются "вниз головой", и цифра 9 становится цифрой 6, и цифра 6 - цифрой 9. Таким образом, слева от блоков снова находится груз 6 кг, а справа -- 9кг, и движение продолжается.

Что ты скажешь на это, Элон Маск?

ахаха, супер изобретение, главное не обозначать грузы римскими цифрами, а то перестанет работать))

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы);
- ссылки на видеоролики с объяснениями тут не требуется, излагайте объяснения непосредственно в сообщении;
- постарайтесь писать грамотнее (во всех отношениях).

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Дискуссионные темы (Ф)»

[EUgeneUS]

1. Вы считаете алюминиевый диск состоящим из решетки положительных ионов в виде шариков, между которыми движутся шарики - электроны. Которые можно "выгнать" на край диск и даже удалить с диска силой Лоренца. Эта модель никуда не годится.
2. Но даже в рамках неё Вы делаете как минимум две грубых ошибки.

Пара наводящих вопросов:
1. Запишите полную силу, действующую на движущийся заряд в электромагнитном поле.
2. Из каких полей (перечислить источники) складывается магнитное поле, в котором находится диск?

[Theoristos]

densaface в сообщении #1488887 писал(а):

Для создания подъемной или движущей силы вращающийся по замкнутому контуру заряд может использовать ТОЛЬКО ГРАДИЕНТ магнитного поля

Нэт. ТОЛЬКО ДИВЕРГЕНЦИЮ!

[DimaM]

Theoristos в сообщении #1488999 писал(а):

ТОЛЬКО ДИВЕРГЕНЦИЮ!

"Ротор поля наподобие дивергенции градуирует себя вдоль спина и там, внутре, обращает материю вопроса в спиритуальные электрические вихри, из коих и возникает синекдоха отвечания..."

[Утундрий]

Aritaborian в сообщении #1488904 писал(а):

Глубоко философская конструкция... Хотя сверху и снизу вес не определён, так как символ не читается, но он же там и не важен! Потому что трением пренебрегаем.

[densaface]

EUgeneUS в сообщении #1488978 писал(а):

1. Вы считаете алюминиевый диск состоящим из решетки положительных ионов в виде шариков, между которыми движутся шарики - электроны. Которые можно "выгнать" на край диск и даже удалить с диска силой Лоренца. Эта модель никуда не годится.

Это называется модель электронного газа, а при перехода в сверхпроводящее состояние используется модель жидкости, которая обладает феноменом сверхтекучести. Косвенные эксперименты подтверждают обе эти модели. В частности, проводились эксперименты по определению работы выхода электронов из металла, когда металлический диск разгонялся и резко останавливался. В зазоре диска под действием инерционных сил проскакивала искра. Также в других экспериментах измеряли сжимаемость электронного газа. Поэтому я нахожу, что Ваша формулировка "никуда не годится" никуда не годится)

EUgeneUS в сообщении #1488978 писал(а):

Пара наводящих вопросов:
1. Запишите полную силу, действующую на движущийся заряд в электромагнитном поле.
2. Из каких полей (перечислить источники) складывается магнитное поле, в котором находится диск?

Можно сразу перейти к критике? Я не понимаю зачем очевидные вопросы с очевидными ответами. Желательно ссылки на теорию, подтверждаемую физ. экспериментами.