Вращательный движитель

[Побережный Александр]

При движении тела по окружности с постоянной скоростью выполняется закон $a=v^2/R$.

Рассмотрим модель: на невесомой нерастяжимой нити висит массивный шарик. Придаем шарику скорость так, чтобы шарик двигался по окружности. От вертикали нить будет отклонена на угол $\alpha$. Если шарику сообщить большую скорость, то нить отклонится на еще больший угол, соответственно и радиус окружности станет больше. Вторая окружность будет находиться выше первой. В этой модели чем больше будет скорость шарика, тем выше он будет вращаться.

Теперь рассмотрим другую модель. Вместо нити рассмотрим тонкий стержень с массивным шариком на конце, точнее два таких стержня с шариками, которые будут вместе вращаться вокруг вертикальной оси. Концы стержней, которые без шариков, спаяны. При вращении угол между каждым стержнем и вертикальной осью не меняется ни при какой скорости.
Другими словами, радиус вращения будет постоянным. Внешняя сила раскручивает такую систему с разной скоростью.Если скорость вращения превышает некоторое конкретное значение, то появляется вертикальная сила, которая ускоряет систему из двух стержней с шариками вертикально вверх. Если бы стержни могли изменить угол, то шарик поднялся бы выше и вращался бы по окружности с радиусом, соответствующего формуле. Но стержни жестко закреплены между собой. Появляется вертикальная составляющая, которая двигает систему стержней с шариками вверх. Получается, что вращательное движение стержней можно превратить в поступательное движение.
Расчеты я еще не проводил, но сама идея корректна или нет? Проверить идею в эксперименте у меня нет возможности.
Если я ошибаюсь, то с удовольствием выслушаю замечания.

[Xey]

Побережный Александр в сообщении #1264203 писал(а):

.Если скорость вращения превышает некоторое конкретное значение, то появляется вертикальная сила, которая ускоряет систему из двух стержней с шариками вертикально вверх

Не обоснованное утверждение.
Можно догадаться, что оно из сходства висящих на нитках шариков, вращающихся вокруг вертикальной оси, и шариков скрепленных /\ образными стержнями. Но, ни первые, ни вторые не взлетают, они постоянно поддерживаются опорой, к которой привязаны нитки или на которую опираются стержни.

[EUgeneUS]

Побережный Александр
Тут такое дело.
При решении физических задач есть такой метод самопроверки: проверка на крайние случаи.
Часто в крайних случаях задача становится простой до тривиальности. И если в этих крайних случаях не возникает какого-то абсурда, то это снижает вероятность ошибки в решении более общего случая. А если возникает абсурд, то решение не верно.

Так вот, Вы сделали какие-то умозаключения. И пришли к абсурду: замкнутая система из двух грузиков на двух стержнях улетает в далекие дали с ускорением. Какой вывод следует из этого?

[Побережный Александр]

Xey в сообщении #1264263 писал(а):

Побережный Александр в сообщении #1264203 писал(а):

.Если скорость вращения превышает некоторое конкретное значение, то появляется вертикальная сила, которая ускоряет систему из двух стержней с шариками вертикально вверх

Не обоснованное утверждение.
Можно догадаться, что оно из сходства висящих на нитках шариков, вращающихся вокруг вертикальной оси, и шариков скрепленных /\ образными стержнями. Но, ни первые, ни вторые не взлетают, они постоянно поддерживаются опорой, к которой привязаны нитки или на которую опираются стержни.

Давайте проведем мысленный эксперимент. В невесомости внешняя сила крутит систему из стержней, на концах которых тяжелые шарики.Стержни вращаются вокруг фиксированной оси так, что они могут перемещаться только вдоль этой самой оси. Угол между осью вращения и стержнем будет $\alpha$.
Так как шары вращаются, значит существует центростремительная сила $F_c=\frac{mv^2}R=T\sin{\alpha}$, где $T$ - сила реакции стержня. Но раз есть такая сила, направленная вдоль стержня,то ее составляющая $T\cos\alpha$ будет направлена вдоль оси вращения. Другими словами, появляется сила, которая передвигает систему стержней с шариками с некоторым ускорением вдоль оси вращения. И пока внешняя сила будет раскручивать стержни, будет присутствовать это ускорение.
Думаю, можно подобрать такие характеристики системы, что ее ускорение сравняется с ускорением свободного падения $g$. То есть стержни при определенной частоте вращения могут взлетать уже в условиях земной поверхности.

[Dmitriy40]

Что-то мне с самого начала кажется, что никакого ускорения в принципе не будет, а будут лишь изгибающие напряжения в материале крепления грузиков к оси.
И вроде бы вообще нарушается закон сохранения импульса: если связать две такие системы грузиков на общей оси (вокруг которой они могут вращаться) резинкой или электродвигателем, то в замкнутой системе якобы получим ускорение грузиков в одну сторону?! В качестве оси можно взять стержень от второй системы грузиков, чтобы они могли лишь вращаться друг относительно друга без продольных перемещений. Крепления грузиков направлены в одну сторону конечно.

[Xey]

Побережный Александр в сообщении #1267586 писал(а):

Думаю,

Посмотрите на регулятор Уатта.
https://yandex.ru/images/search?text=%D ... B0%20&lr=2

При вращении его шарики действительно поднимаются, но они ни на мгновение не перестают опираться на опорный стержень.

[wrest]

Побережный Александр в сообщении #1264203 писал(а):

Концы стержней, которые без шариков, спаяны. При вращении угол между каждым стержнем и вертикальной осью не меняется ни при какой скорости.
Другими словами, радиус вращения будет постоянным.

Почему ж это? Ну или рисунок нарисуйте, а то непонятно.

[Dmitriy40]

Да регулятор Уатта это, только верхний конец не шарнирный, а наглухо заклиненный (пайкой) в одном положении, нижняя же часть убрана за ненадобностью. Ну и грузики вместо поднятия якобы потащат всю систему вверх.
Особенно забавен предельный переход к бесконечному количеству грузиков -- сплошному кольцу, жестко закреплённому на своей оси рычагами под углом к этой самой оси. Оно тоже должно при раскручивании потащить себя и свою ось и всю систему куда-то в направлении точки крепления рычагов к оси ... Рычаги кстати тоже должны превратиться в жесткий конус.

[wrest]

Dmitriy40
Раскрыт секрет полета Мэри Поппинс на зонтике! Она его просто вращала.

[Dmitriy40]

wrest
Не, с зонтиком ещё аэродинамика вмешается, тут же всё проще. Но смешно, да.

[wrest]

(Dmitriy40)

Dmitriy40 в сообщении #1267602 писал(а):

Не, с зонтиком ещё аэродинамика вмешается,

Только до верхних слоев атмосферы, а дальше...

[Denis Russkih]

Побережный Александр

О, знакомая конструкция, мне в детстве приходила в голову идея такого "безопорного двигателя". :)

К сожалению, работать не будет.

Давайте предположим, что грузики закреплены снизу на вот таких /\ пружинистых пластинах, способных гнуться, а затем восстанавливать свою форму. При вращении пластины загибаются снизу вверх вот так __/\__ и интуитивно кажется, что на грузики что-то давит снизу вверх, поэтому должна быть подъёмная сила.

Но на самом деле точно такую же картину можно получить и без вращения, просто установив жесткую распорку между грузиками. При этом конструкция, естественно, никуда лететь не будет.

Этим и занимаются при вращении фиктивные центробежные силы, они играют роль "распорки", которая удерживает грузики на увеличенном расстоянии друг от друга. Только и всего.

[sergey_g]

Идея корректна, в случае с нитями, необходимо четное количество шариков на нитях.
Если кратко то смысл в том, что при вращении (см. регулятор Уатта) шарики на нитях стремятся занять положение в одной плоскости с точкой закрепления нити, а наа шарикидействует сила тяжести направленная к центру Земли, т.е. образуется угол сил отличный от 90° ( чем больше радиус вращения, тем больше угол).
При скорости движения шарика по окружности более первой космической (7900м/сек) появляется некомпенсированная составляющая от сложения сил действущих на центр вращения шариков за счет нерастяжимости нитей.
В виде с нитями и т.п. идея неосуществима практически.
В настоящее время получить подобную окружную скорость не представляется возможным из-за ограничений связанных с прочностью реальных материалов.
Для некоторых материалов максимальная линейная скорость будет:
стальная проволока - 632 м/сек
стекловолокно - 1000 м/сек
угольное волокно - 1049 м/сек
борное волокно - 1643 м/сек

[arseniiv]

Denis Russkih в сообщении #1267807 писал(а):

Но на самом деле точно такую же картину можно получить и без вращения, просто установив жесткую распорку между грузиками. При этом конструкция, естественно, никуда лететь не будет.

Вот именно: два жёстких невесомых стержня, спаянных вместе концами, эквивалентны одному жёсткому невесомому стержню, ибо всё, что они делают — это оставляют расстояние между двумя точками на свободных концах неизменным. Можно наворотить какую угодно сложную жёсткую конструкцию из таких стержней, и никакой разницы не будет.

[Xey]

sergey_g в сообщении #1272113 писал(а):

При скорости движения шарика по окружности более первой космической (7900м/сек) появляется некомпенсированная составляющая от сложения сил действущих на центр вращения шариков за счет нерастяжимости нитей.

Похоже, что имеется в виду бродящее по сети заблуждение, о том что гантель может держаться над Землей $O$ , когда ее шарики $D$ и $C$, летают по малому кругу сферы.