ДВИЖЕНИЕ ЗА СЧЁТ ВНУТРЕННИХ СИЛ

ДВИЖЕНИЕ ЗА СЧЁТ ВНУТРЕННИХ СИЛ

Толшмяков Александр Александрович

электрик на пенсии,

РФ, Пермский край, г. Кунгур

 

MOVEMENT AT THE EXPENSE OF INTERNAL FORCES

Alexander Tolshmyakov

retired electrician,

Russia, Perm Krai, Kungur

 

АННОТАЦИЯ

Только в мечтах мы по-настоящему свободны, где сила мысли – это внутренняя сила даёт нам ощущение полёта. То, и свобода движения в механике возможна только за счёт внутренних сил. И, в этой науке есть все предпосылки к такому движению, которые заключены в теореме о кинетической энергии. Эта теорема позволяет обойти закон сохранения импульса, который запрещает движение за счёт внутренних сил. Она связывает кинетическую энергию механической системы с работой сил, действующих на тела, составляющие эту систему. Теорема о кинетической энергии допускает замкнутую систему взаимодействующих тел, которая будет изменять свою кинетическую энергию за счёт внутренних сил. Такой системой может быть электромагнитный движитель, где действия электромагнитного поля на одно из тел, входящее в состав устройства приводит к изменению кинетической энергии этой механической системы.

ABSTRACT

Only in dreams are we truly free, where the power of thought is the inner power that gives us the feeling of flight. That, and freedom of movement in mechanics is possible only at the expense of internal forces. And, in this science, there are all the prerequisites for such a movement, which are contained in the kinetic energy theorem. This theorem allows you to bypass the law of conservation of momentum, which prohibits movement due to internal forces. It connects the kinetic energy of a mechanical system with the work of forces acting on the bodies that make up this system. The kinetic energy theorem allows for a closed system of interacting bodies that will change its kinetic energy due to internal forces. Such a system can be an electromagnetic propulsion system, where the action of an electromagnetic field on one of the bodies included in the device leads to a change in the kinetic energy of this mechanical system.

 

Ключевые слова: работа сил; теорема о кинетической энергии.

Keywords: work of forces; kinetic energy theorem.

 

 «Необходимо периодически подвергать глубочайшему пересмотру принципы, которые были признаны окончательными»

 Луи де Бройль

На этот раз пересмотру подлежит классическая механика на возможность движения за счёт внутренних сил. Официальная наука твёрдо уверена в том, что такого движения не может быть, т. к. оно противоречит фундаментальному закону сохранения импульса, и, следовательно его реализация невозможна.   

Закон сохранения импульса утверждает:

«…Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел».

«… В отсутствие внешних сил, внутренние силы не влияют на движение центра масс замкнутой системы».

Закон сохранения импульса не является основным законом в механике, хотя бы по тому, что он имеет ограничения в своём применении. Этот закон, как правило, справедлив для замкнутых систем и рассматривается только в инерциальной системе отчёта. А, на каждое правило существует исключение, примером которого может послужить взаимодействие тел в механической системе, представленной в устройстве: рис. 1.

 

 

Рисунок 1. Пара: спиральный ускоритель+тормоз

 

Устройство содержит конструктивное решение, где спиральный ускоритель (7) и тормоз (6), как самостоятельные изделия объедены для совместного использования. Эти изделия имеют общий прототип: линейный электромагнитный ускоритель масс – пушку Гаусса. Объединяющей деталью для совместной работы спирального ускорителя (7) и тормоза (6) является отрезок трубы (Тр.), изготовленной из диэлектрика, внутри которой будет перемещаться снаряд (1), сделанный из ферромагнетика. Отрезок трубы делится на две равных части: а₁ и а₂ (рис.1а). Часть трубы – а₁ свёрнута в спираль; другая – а₂, что под тормоз (6) остаётся прямой. В каждой части на трубу надеты по восемь последовательно расположенных соленоидов - 3. Пара: спиральный ускоритель (7) плюс тормоз (6), представленная в шаге – Т является основным звеном в цепях силовых блоков электромагнитного движителя.

Спиральный ускоритель (7) и тормоз (6) имеют общий прототип пушку Гаусса. Линейный электромагнитный ускоритель масс – пушка Гаусса (рис. 2) это реально существующий объект в технике.

 

Рисунок 2. Линейный электромагнитный ускоритель масс

 

Устройство пушки Гаусса: она состоит из соленоида (3), внутри которого находится ствол – 2 (как правило, из диэлектрика). В один из концов ствола вставляется снаряд (1), сделанный из ферромагнетика. Для большего эффекта действия в работе пушки используются электролитические конденсаторы (4) большой ёмкости и с высоким рабочим напряжением.

Принцип действия пушки: При протекании электрического тока в соленоиде возникает электромагнитное поле, которое разгоняет снаряд, втягивая его внутрь соленоида.

Если пушку Гаусса установить на лафет – 5 (рис. 3), то при стрельбе из такого орудия также возникнет отдача – снаряд (1) будет двигаться вперед, а орудие (2) откатится назад в направлении V. Снаряд и орудие – два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс.

 

    

Рисунок 3. Выстрел из пушки Гаусса

 

Если скорости орудия и снаряда обозначить через V и ʋ, а их массы через M и m, то на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OX: 

MV + m = 0;   V =

На рис. 1 спиральный ускоритель (7) является прототипом пушки Гаусса. Поэтому, рассмотрим выстрел из пушки Гаусса, ствол которой будет иметь форму спирали (рис. 4).

 

  

Рисунок 4. Выстрел из пушки Гаусса, ствол которой имеет форму спирали

 

Несмотря на форму, выстрел из такого орудия сохраняет за собой эффект отдачи, пушка будет двигаться в направлении V ^I. То, на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OX: 

V^IМ + m cos α = 0; V^I =  cos α,

где V ^I – скорость спиральной пушки после выстрела.

Примечание: Для одной спиральной пушки эффект от отдачи будет непредсказуем, потому что при разгоне снаряда помимо поступательного движения в направлении V^I, ствол этого орудия начнёт вращаться (рис. 4а). Чтобы исключить такое вращение спиральная пушка применяется в паре, которая в своём составе имеет разные по направлению завивки спирали: одна – левая, другая правая (рис. 5). Эта пара крепится на общей платформе П. При одновременном выстреле из спиральных пушек крутящие моменты, полученные во время этого залпа, замкнутся на общую для них базу. В результате чего платформа П будет двигаться только поступательно, в направлении V_П.

 

Рисунок 5. Залп из спиральных пушек

 

Принцип действия пушки Гаусса – линейного электромагнитного ускорителя масс:

При протекании электрического тока в соленоиде возникает электромагнитное поле, которое разгоняет снаряд, втягивая его внутрь соленоида.

Благодаря этому принципу пушка Гаусса может работать как тормоз и быть ловушкой для снаряда (1) с импульсом mv, полученного при выстреле (рис. 3). Перенесём этот импульс на рис. 6. Рассмотрим работу пушки Гаусса в качестве тормоза.

 

Рисунок 6. Пушка Гаусса, действующая как тормоз

 

Здесь соленоиды – 3 включаются лишь тогда, когда снаряд (1) проходит их середину 0_п. При таком режиме работы магнитное поле будет тормозить – «втягивать» этот снаряд обратно, тем самым отнимать от него часть кинетической энергии, которая передаётся стволу пушки Гаусса. Если снаряд в конце своего пути по стволу этой пушки в точке Б обретёт нулевую скорость ₀, то, пушка Гаусса, действующая как тормоз, начнёт движение в  направлении V_Т.

Определим скорость V_Т: V_Т =   

Перенесём векторные описания выстрела из спиральной пушки Гаусса (рис. 4) и пушки, действующей как тормоз (рис. 6) на схему устройства, представленного в паре: спиральный ускоритель + тормоз (рис. 7). Этот перенос сделаем при условии, что массы спирального ускорителя и тормоза одинаковы т.к. они имеют общий прототип пушку Гаусса (рис. 3). Отсюда, масса устройства М _устр. (рис.7) будет равна 2М. В связи с этим скорости: V^I и V_Т по модулю следует уменьшить на половину: V^I/2 и V_Т/2. Далее, скорость движения снаряда (1) по спирали (7) представлена вектором в проекции на ось его вращения 0:cosα.    

Рисунок 7. Пара: спиральный ускоритель + тормоз

 

Рассмотрим взаимодействие снаряда (1) при его ускорении и торможении с неподвижной частью устройства (рис. 7), которые на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OZ:

М_уст.V^I/2 cos β + mυ cos α cos β + М_уст.V_T cos γ + mυ cos γ 0

Это выражение подлежит сокращению, т. к. скорость снаряда до и после его взаимодействия с неподвижной частью устройства (рис. 7) в точках А и Б равна 0, то, и векторная сумма импульсов этого снаряда, как разнонаправленных векторов в проекциях на ось OZ также будет равна 0: 

mυ cos α cos β +mυ cos γ = 0

После сокращения остаётся только векторная сумма импульсов в проекциях на ось OZ, полученных неподвижной частью устройства (рис. 7) в результате её взаимодействия со снарядом (1), которая не равна 0:

М_уст.V^I/2 cos β + М_уст.V_T cos γ  0

Эта сумма сложится в общий импульс:

М _{уст.р устр.} = М_уст.V^I/2 cos β + М_уст.V_T cos γ, где _устр. – скорость, которую обретёт пара: спиральный ускоритель + тормоз после её взаимодействия со снарядом (1).

Отсюда:  _устр.  = .

Примечание: Такой результат в устройстве (рис. 7) возможен только в паре со своей зеркальной копией (рис. 8).

 

 

Рисунок 8. Схема спаренных устройств, представленных парой: спиральный ускоритель + тормоз

 

Таким образом, мы рассмотрели систему взаимодействующих тел (рис. 7), которая является замкнутой, т. к. внешние силы тут отсутствуют. Казалось бы, что здесь мы вправе применить закон сохранения импульса:

« Суммарный импульс замкнутой системы тел до взаимодействия равен суммарному импульсу этой системы тел после взаимодействия».

Согласно этому закону: если система тел до взаимодействия находилась в состоянии покоя, то, суммарный импульс этой системы тел после взаимодействия также равен 0. Но, вот только это утверждение вступает в противоречие с движением платформы П (рис. 8) в направлении V_П. Получается так, что в этой замкнутой системе закон сохранения импульса не выполняется.

Возникла парадоксальная ситуация, выход из которой заключается в следующем.

Пара: спиральный ускоритель (7) плюс тормоз (6), представленная в шаге – Т является основным звеном в цепях силовых блоков электромагнитного движителя. Признаком движителя является способность изменять состояние движения. Даже начать движение, то есть ускориться, для электромагнитного движителя означает изменить свою кинетическую энергию. В таком случае здесь применима теорема о кинетической энергии.

 «Теорема о кинетической энергии системы — одна из общих теорем динамики, является следствием законов Ньютона. Связывает кинетическую энергию механической системы с работой сил, действующих на тела, составляющие систему.

Формулировка теоремы о кинетической энергии:

Кинетической энергией системы называют сумму кинетических энергий всех тел, входящих в систему.

Для определённой таким образом величины справедливо утверждение:

Изменение кинетической энергии системы равно работе всех внутренних и внешних сил, действующих на тела системы.

Необходимо подчеркнуть, что здесь, в отличие от случаев теоремы об изменении количества движения системы и теоремы о движении центра масс системы, учитывается действие не только внешних, но и внутренних сил». [1, c. 301 – 323]; [2, с. 70 – 71]

Применим теорему о кинетической энергии к работе сил в механической системе (рис. 1; 7).

Для этого вновь рассмотрим выстрел из пушки Гаусса (рис. 3). На этот раз, как работу линейного электромагнитного ускорителя масс (рис. 9).

 

Рисунок 9. Работа линейного электромагнитного ускорителя при ускорении снаряда

 

В результате работы линейного электромагнитного ускорителя масс также возникнет отдача – снаряд (1) начнёт движение вперед, а корпус линейного электромагнитного ускорителя масс (2) откатится назад в направлении V, т.е. обретёт кинетическую энергию:

К_ЛЭУ = , где К_ЛЭУ – кинетическая энергия корпуса линейного электромагнитного ускорителя масс (2).

То, на основании закона сохранения механической энергии можно записать:  

К_ЛЭУ = К_сн..;  =  , где К_сн. – кинетическая энергия снаряда (1).

Основной закон природы — это закон сохранения и превращения энергии: Во всех явлениях, происходящих  в  природе, энергия  не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

То, согласно этому закону переход из электрической энергии в механическую энергию сопровождается работой силы F_уск., ускоряющей снаряд (1). Работа силы F_уск. будет равна изменению кинетической энергии снаряда:

А _Fуск.= К_сн. = F_уск.S, где А _Fуск – работа силы F_уск., ускоряющая снаряд (1); S – путь пройденный снарядом (1), при его ускорении.

Внесём это изменение в равенство: К_ЛЭУ = К_сн., получим:

К_ЛЭУ = К_сн. = F_уск.S

То, на основании этого равенства можно сделать вывод, что изменение кинетической энергии корпуса линейного электромагнитного ускорителя масс – 2 (рис. 9) является следствием работы силы, ускоряющей снаряд (1):   

К_ЛЭУ = К_сн. = F_уск.S

А, сейчас рассмотрим работу линейного электромагнитного ускорителя масс, в качестве тормоза (рис. 10).

 

Рисунок 10. Работа линейного электромагнитного ускорителя масс при торможении снаряда

 

При таком режиме работы действие магнитного поля будет тормозить – «втягивать» этот снаряд обратно, тем самым отнимать от него часть кинетической энергии и передавать её корпусу орудия – 2. Исходя из того, что А_Т – работа силы торможения численно равна изменению кинетической энергии движущего снаряда, скорость которого υ на расстоянии S снижается до нуля можно записать:

А_Т = К_сн.; А_Т = F_тор. S , где S – длина тормозного пути.

В результате работы силы торможения F_тор. кинетическая энергия снаряда (1) перейдёт к пушке – тормозу (рис. 10). Отсюда:

К_Т = К_сн. = F_уск.S

Этот переход – продиктован законом сохранения и превращения энергии.

В таком же ключе, рассмотрим работу устройства (рис. 11), представленного парой: спиральный ускоритель (7) + тормоз (6), то, получим:

К_устр. = F_уск. соsα cosβ h + F_тор. cosγh.

Изменение кинетической энергии устройства (рис. 11) будет равно работе сил F_уск. и F_тор. в проекциях на ось ZO.

Это утверждение, находится в соответствии с теоремой о кинетической энергии. Эта теорема допускает систему тел, которая при отсутствии внешних сил будет изменять свою кинетическую энергию за счёт внутренних.

 

Рисунок 11. Устройство, состоящее из пары: спиральный ускоритель (7) + тормоз (6)

 

Слагаемые в выражении: К_устр. = F_уск. соsα cosβ h + F_тор. cosγh равны, т. к. силы F_уск. и F_тор. представляют собой одну и ту же силу – силу действия электромагнитного поля на снаряд, которая действует на равных участках: а₁ = а₂ (рис.1а). То, работа сил F_уск. и F_тор. в проекциях на ось ZO будет иметь одно и тоже значение:

F_уск. cosα cos = F_тор. cos

Отсюда, выражение: К_устр. = F_уск. соsα cosβ h + F_тор. cosγh можно переписать как К_устр. = 2F_уск. cosα cos или 2F_тор. cos .

Подчёркнутая формула предпочтительней, т. к. при рассмотрении работы линейного электромагнитного ускорителя масс в качестве тормоза (рис. 10) возникает меньше вопросов.

Полученный результат, заключённый в шаге – Т можно повторить в последовательной цепи (рис. 12), которую следует продолжить до шести пар: спиральный ускоритель + тормоз и замкнуть её в кольцо (рис. 13).

 

Рисунок 12. Последовательная цепь, состоящая из пар: спиральный ускоритель + тормоз

 

Рисунок 13. Цепь из шести пар: спиральный ускоритель + тормоз замкнутое в кольцо

 

Кольцо (рис. 13) является основным элементом в силовом блоке электромагнитного движителя, которое применяется в паре со своей зеркальной копией (рис. 14).

 

Риснуок 14. Силовой блок электромагнитного движителя

 

Здесь пара: спиральный ускоритель (7) + тормоз (6), как самостоятельные изделия объедены для совместного использования. Эти изделия имеют общий прототип: линейный электромагнитный ускоритель масс (рис. 2). Объединяющей деталью для совместной работы спирального ускорителя (7) и тормоза (6) является отрезок трубы: Тр. (рис.1) , изготовленной из диэлектрика, внутри которой будет перемещаться снаряд (1), сделанный из ферромагнетика. Отрезок трубы делится на две равных части. Одна часть трубы свёрнута в спираль; другая часть, что под тормоз (6) остаётся прямой. В каждой части на трубу надеты по восемь последовательно расположенных соленоидов (3). Пара: спиральный ускоритель (7) + тормоз (6) является основным звеном в цепях, замкнутых в кольца: I; II (рис. 14). Сборка звеньев в кольцо осуществляется путём склеивания. Цепь каждого кольца состоит из шести пар: спиральный ускоритель (7) + тормоз (6). В одной цепи будут двигаться шесть рабочих тел – снарядов (1), по одному на пару. Тела двигаются синхронно, в равных интервалах друг от друга. Движение снарядов (1) в цепях I и II имеют разные направления движения (рис. 14,вид А; Б). Для этого спиральные ускорители (7) в каждом кольце должны иметь разное направление завивки спиралей. Цепи I и II, установлены на общей платформе П. При корректной работе силового блока, возникающие при этом крутящие моменты, замкнутся на эту платформу. Синхронность движения рабочих тел – снарядов (1) обеспечивает компьютер.

Работа силового блока (рис. 14)

В статичном состоянии движителя рабочие тела – снаряды (1) находятся в нижних точках . Для того, чтобы начать движение рабочих тел (1), переместить их из точки  в точку  часть соленоидов тормоза будут действовать как ускоритель; а, после старта снарядов (1) тормоз (6) работает в своём режиме.

Для расчёта работы силового блока (рис. 14) за основу возьмём работу одного звена, состоящего из пары: спиральный ускоритель + тормоз:

А_зв. = 2F_тор. cos , т. к.отрезок здесь очевиден, он равен S cos , где S – длина тормозного пути задаётся параметрами тормоза (6).

Отсюда: A_зв. = 2F_тор.  S cos  = 2F_тор. S cos² 

Определим работу, выполненную силовым блоком, в состав которого входят два кольца, состоящих из шести звеньев.

A_С.Бл. = 2  6  2F_тор. S cos² = 24 F_тор. S cos²

Здесь следует напомнить, что работа силового блока (рис. 14) является результатом совместной работы равных сил F_уск. и F_тор., которые представляют собой одну и ту же силу – силу действия электромагнитного поля:

F_уск. = F_тор. = F, где F – сила действия электромагнитного поля.

Отсюда, работу силового блока можно записать:

A_С.Бл. = 24 F S cos²

Действие электромагнитного поля на рабочее тело (1) при его ускорении и торможении вызывает противодействие. Здесь уместен III закон Ньютона:

F = F, где (F ) – сила противодействия ускорению рабочего тела (1).

То, противодействием силы торможения (F) будет сила с положительным знаком:

F = (F ).

Не следует обращать внимание на расстановку знака минус, т. к. здесь важны направления сил противодействия, а, они совпадают по направлению.

Это уточнение необходимо для обоснования подъёмной силы. Подъемная сила предстаёт, как противодействие силам действия электромагнитного поля на рабочее тело, равного сумме этих сил в проекциях на направление движения силового блока – V (рис.14).

Отсюда: F _под. = A_С.Бл. / h = 24 F S cos² / h, где h = S cos .

Получим: F_под.= A_С.Бл../h =  = 24 F S cos .

Проведём расчёт подъёмной силы силового блока.

Для примера возьмём: m – масса рабочего тела: 0,02 кг;

скорость рабочего тела после ускорения: υ = 500м/сек;

S – длина тормозного пути: 1м;

сos  = 0,326;

Определим силу действия электромагнитного поля на рабочее тело:

F =  = 0,02  = 2500 н.

Определим подъёмную силу:

F_под. = 24 F S cos  = 242500 1 0,326 = 19560 н.

Расчётную массу, которую может поднять силовой блок (рис. 14), определим по формуле:

m = F_под../q = 19560/9,8  2000 кг.

 Определим мощность силового блока (рис. 14).

Работа, выполненная за единицу времени равна мощности, обозначим её через N, то:

N = A_С.Бл.. / , где  =  ; υ_ср. – средняя скорость движения рабочего тела (1); d – путь, пройденный снарядом по цепи из шести звеньев, замкнутых в кольцо, который равен:

 d = (a₁+a₂)6 = (S+S)6 = 12S, где a₁ = a₂, то заменим их на S – длиной пути рабочего тела (1), при торможении, которая задаётся параметрами тормоза (6);

определим :

 =  =  или  , т. к. υ_ср. равна ½ от υ

получим:

N = A_С.Бл.. / =   = υFcos² = 500 2500  0,326  0,326 = 132,845 Квт.

По этой мощности для электромагнитного движителя, в состав которого входит силовой блок (рис. 14) можно подобрать силовую установку: двигатель внутреннего сгорания – генератор электрического тока.

Таким образом, мы рассмотрели работу электромагнитного движителя, который будет двигаться за счёт внутренних сил.

Официальная наука твёрдо уверены в том, что такого движения не может быть, т. к. оно противоречит фундаментальному закону сохранения импульса, и, следовательно его реализация невозможна.

Закон сохранения импульса утверждает:

«…Векторная сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему, не меняется с течением времени при любых движениях и взаимодействиях этих тел».

«… В отсутствие внешних сил, внутренние силы не влияют на движение центра масс замкнутой системы».

Здесь нет ни слова о работе сил. Только теорема о кинетической энергии связывает кинетическую энергию механической системы с работой сил, действующих на тела, составляющие систему, где в отличие от случаев теоремы об изменении количества движения системы и теоремы о движении центра масс системы, учитывается действие не только внешних, но и внутренних сил. [1, c. 301 – 323]; [2, с. 70 – 71]

Если внешние силы отсутствуют, то, теорема о кинетической энергии в отличие от закона сохранения импульса допускает систему тел, которая будет изменять свою кинетическую энергию за счёт внутренних сил.

Движители, схемы которых имеют спираль, могут стать альтернативой космической ракете, выполняя те же функции, при этом имея ряд неоспоримых преимуществ:

1. Нет необходимости в сложных сооружениях, как космодромы. Можно взлететь с любой открытой площадки.

2. Относительная безопасность для окружающих при взлёте, т. к. нет здесь выброса газов (огня). Да и шума будет не так много.

3. Возможность создания масштабных конструкций, и отсюда, применение уже существующих атомных реакторов. Всё это к тому, что наработки в построении современных подводных лодок здесь могут пригодиться. 

4. Космос станет доступней для нас, т. к. в этом случае нагрузка, которая сопровождает выход в это пространство, станет управляемой. И, последующее движение в космосе с привычным для нас ускорением в 9,8 м/сек, также является преимуществом. Это избавит нас от невесомости. В этом случаи космические путешествия к цели следует проводить по следующей схеме: делим расстояние до выбранного объекта на две равных части. Первую половину пути мы будем двигаться с ускорением: а = 9,8 м/сек…, а вторую с тем же торможением:  ̶ а = 9,8 м/сек. В середине пути следует прервать работу движителя и развернуть его силовые блоки на 180 градусов. Затем вновь включить движитель, действие которого будет направлено против движения. С этого момента начнётся торможение, которое продлиться до самого конца путешествия. При достижении цели, скорость движения должна снизиться до той, с которой начали, отправляясь в этот путь.

5. Относительно ракеты, высокий КПД этого движителя – такой, как у всех электромеханических машин.

 

Список литературы:

1. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. — М.: Высшая школа, 1995.
2. Журавлёв В. Ф. Основы теоретической механики. — М.: Физматлит, 2001.
3. Пёрышкин А. В. Физика 7 класс.
4. Кикоин И. К. Кикоин А. К. Физика 9 класс.