?

Log in

No account? Create an account
Научная кунсткамера [entries|archive|friends|userinfo]
Научная кунсткамера

[ website | lj ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Летим по ветру быстрее ветра [Dec. 23rd, 2008|10:04 pm]
Научная кунсткамера

science_freaks

[dp074]
[Tags|, , ]

Давненько мы не видели попыток сделать какой-нибудь новый, оригинальный вечный двигатель.
Все сложнее и сложнее было изобретателям, гонимых стозевным чудищем академической науки, выбивать под свою деятельность финансирование.

Но вот, пожалуйста, свежая струя ветра.
И изобретатель летит быстрее этой свежей струи!
И толпы восхищенных поклонников на множестве форумов летят за ним на всех парах.

Суть идеи заключается в следующем: воздушный корабль летит точно по ветру со скоростью быстрее ветра, движимый только ветром. Иллюстрируется тележкой с пропеллером

LinkReply

Comments:
[User Picture]From: dp074
2008-12-24 03:11 pm (UTC)
Содержание ролика банально, потому что оно верно (или наоборот) :)
Небанально, если здесь уместно это слово, - то, что автор ролика считает это аргументом в пользу ветряной машинки.

То, что что-то может двигаться быстрее, чем движитель - знали еще древние греки. На этом работает система любых зубчатых колес разного размера, например. То, что велосипед едет - никого не удивляет? А он ведь движется, грубо говоря, в несколько раз быстрее, чем движитель (нога).

Провести аналогию между линейкой и ветром - это смело. Но это требует серьезных разъяснений, почему это должно и с ветром сработать. Я там таких разъяснений не вижу.
Может, кто-то сможет здесь это сделать?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-24 03:28 pm (UTC)
Давайте с другого конца.
Чем пара "дорога-колесо" так отличается от пары "воздух-пропеллер", что аналогия рушится?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-24 04:16 pm (UTC)
Мне кажется, проблема с аналогией в том, что в случае с тележкой сила, прикладываемая к тележке, зависит от скорости тележки (т.к. чем быстрее тележка едет, тем меньше сила попутного ветра, вращающая пропеллер). В случае же с линейкой такой зависимости нет.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-24 04:26 pm (UTC)
сила попутного ветра, вращающая пропеллер

(терпеливо) Ветер не вращает пропеллер. Вращающий момент на пропеллер передаётся от колёс. Если вы в безветрие будете толкать эту тележку вперёд руками, пропеллер будет дуть назад, на вас.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-24 04:36 pm (UTC)
Давайте по порядку.
Вот у нас есть тележка и попутный ветер (10 м/с). Отпускаем тележку. Ветер начинает вращать пропеллер, пропеллер передаёт крутящий момент на колёса, тележка разгоняется. До 5 м/с, 7, 9... Всё это время что является двигателем тележки? Пропеллер, не так ли?

И вот, тележка достигает 10 м/с, сила ветра действующая на пропеллер становится равна нулю и что, по-вашему, происходит? Колёса теперь берут роль двигателя на себя и теперь уже они разгоняют тележку дальше, вращая пропеллер и отталкиваясь от уже встречного потока?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-24 04:55 pm (UTC)
Нет.
Вот у нас есть тележка и попутный ветер. Отпускаем тележку. Ветер толкает вперёд всю тележку вместе с пропеллером, колёса передают на пропеллер крутящий момент, пытаясь вращать его в одну сторону, и при этом ветер действует на пропеллер, пытаясь вращать его в другую сторону. Если мы правильно выбрали передаточное число и геометрию пропеллера, колёса "перетянут", и тележка двинется вперёд, одновременно раскручивая пропеллер навстречу ветру, в результате сила, действующая на пропеллер, увеличится, тележка начнёт двигаться быстрее, пропеллер тоже... и т.д., имеем положительную обратную связь. Но по мере увеличения скорости будет расти трение в механике, а относительная скорость ветра - уменьшаться, и в конце концов установится равновесие. При этом скорость тележки станет постоянной, и вполне может превышать скорость ветра. Может и не превышать - если потери на трение и КПД пропеллера слишком большие. Но если сделать всё аккуратно - то нет проблем.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-24 06:13 pm (UTC)
Ветер толкает вперёд всю тележку вместе с пропеллером, колёса передают на пропеллер крутящий момент,

Что значит "ветер толкает"? Пропеллер - не парус же. Вот, посмотрите, ветер встречный, а тележка едет ему навстречу - почему же он её не "толкает" от себя? Ответ простой - и при встречном, и при попутном ветре тележка едет исключительно из-за пропеллера, вращаемого воздухом. Разъедините связь пропеллера с колёсами и тележка не сдвинется с места, не смотря на "толкающий" её ветер - ни встречный, ни попутный.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: kobak
2008-12-26 02:19 pm (UTC)
Можно Вам задать уточняющий вопрос? Если рассматривать разгон обсуждаемой тележки ветром с нулевой скорости до скорости быстрее ветра, верно ли, что разгон от нулевой скорости до скорости ветра происходит НЕ из-за того, что ветер крутит пропеллер, а пропеллер крутит колеса, а из-за того, что ветер давит на всю тележку, как на парус? А пропеллер изначально крутится *в другую сторону* и на первом этапе (до достижения скорости ветра) только мешает разгону?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-26 04:15 pm (UTC)
На самом деле тут два вопроса:
верно ли, что разгон от нулевой скорости до скорости ветра происходит НЕ из-за того, что ветер крутит пропеллер, а пропеллер крутит колеса, а из-за того, что ветер давит на всю тележку, как на парус?
Да, именно так.
А пропеллер изначально крутится *в другую сторону* и на первом этапе (до достижения скорости ветра) только мешает разгону?
А вот это не так.
Постараюсь объяснить развёрнуто.
Вот у нас есть пропеллер и ветер.
Если пропеллер может свободно вращаться на оси, ветер начнёт его раскручивать. Скорость вращения сперва будет увеличиваться, потом стабилизируется. Если теперь подсоединить к пропеллеру некий механизм и начать отбирать энергию, скорость вращения несколько уменьшится. Назовём этот режим режимом генератора.
Если же, наоборот, подсоединить к пропеллеру некий мотор и заставить его крутиться в другую сторону, пропеллер начнёт отбрасывать воздух против ветра. Назовём этот режим режимом двигателя.
Теперь возвращаемся к нашей тележке.
Берём колёса, шестерёнки, пропеллер и соединяем так, чтобы движение тележки по ветру заставляло пропеллер крутиться в режиме двигателя. Что произойдёт?
Это зависит от коэффициента передачи.
Допустим (для наглядности), что коэффициент передачи - 1000:1, то есть за 1000 оборотов пропеллера колёса делают 1 оборот. Соотношение моментов будет обратным, то есть пропеллер будет вращаться очень легко. В таком случае, ветер благополучно раскрутит пропеллер в режиме генератора, и тележка медленно, но верно поползёт против ветра.
Теперь начнём плавно уменьшать коэффициент передачи. Сперва тележка поползёт быстрее, потом замедлится, потом остановится (пропеллер, разумеется, остановится тоже), а потом поползёт назад - и пропеллер одновременно начнёт вращаться в режиме двигателя. Чем быстрее будет вращение, тем больше будет сопротивление воздуха, и тем быстрее будет двигаться тележка. Однако, со временем набор скорости прекратится из-за одновременного возрастания потерь на трение и падения относительной скорости ветра. К этому моменту пропеллер будет вовсю гнать воздух назад, создавая дополнительную силу, разгоняющую тележку. Если эта сила будет достаточно большой - тележка будет двигаться быстрее ветра.

И есть ещё один нюанс.
Вернёмся к случаю свободно вращающегося пропеллера на ветру. Будем мерить силу, с которой ветер на него давит.
Сперва, когда пропеллер неподвижен, эта сила невелика. Но затем, по мере возрастания скорости вращения, сила будет увеличиваться. См. в википедии статью "Авторотация". Именно из-за этого тележку во втором случае, возможно, придётся подтолкнуть - изначально парусности может не хватить для начала движения.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-26 11:43 pm (UTC)
Огромное спасибо за подробный ответ.

Поясню вторую часть своего вопроса: "А пропеллер изначально крутится *в другую сторону* и на первом этапе (до достижения скорости ветра) только мешает разгону?" (Вы ответили "нет"). Я не имел в виду, что пропеллер изначально крутится в одну сторону, а потом начинает крутиться в другую.

Я имел в виду что у обсуждаемой тележки (которая может ехать быстрее ветра), которая стартует с нулевой скорости, пропеллер изначально вертится в сторону противоположную той, в которую его "стремится раскрутить" попутный ветер. Я не очень удачно выразился, но под "мешает разгону" имел в виду именно это: что пропеллер не обеспечивает этот разгон так, как мог бы его обеспечивать, если бы был перевернут на 180 градусов (т.е. находился бы в режиме генератора).

Верно?

И еще одно, про авторотацию. Я открыл статью в википедии, и, по-моему, там написана какая-то глупость. Цитирую:

"В момент отказа двигателя несущий винт, продолжая двигаться по инерции, какое-то время будет по прежнему создавать подъемную силу. Пилот должен как можно быстрее поставить шаг винта на минимально возможный, чтобы не дать винту потерять скорость. Из-за уменьшения шага винта вертолет начинает быстро снижаться, обеспечивая сильный набегающий снизу поток воздуха. Набегающий поток воздуха оказывает сильное воздействие на винт, заставляя его раскручивая его в том же направлении, в котором он вращался."

Как это "в том же направлении"?! Разве в том же? Ведь пока вертолет поднимался, воздух проходил через винт сверху вниз. Когда самолет падает в режиме авторотации, воздух проходит через винт снизу вверх. Как при этом винт может вращаться в том же направлении?

Как я понял Ваше объяснение, авторотация работает из-за того, что воздух крутит винт (неважно в какую сторону), а раскрученный винт испытывает большее сопротивление воздуха, чем нераскрученный, поэтому вертолет как бы планирует на своем крутящем винте. Так?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: dp074
2008-12-26 07:05 am (UTC)
Давайте с середины где-нибудь :)

С воздушным аппаратом (аппаратом в однородной среде) двигаться быстрее среды принципиально не получится? Или принципиально может получиться?

А с аппаратом на стыке сред получится или нет? Земля-воздух (тележка), вода-воздух (яхта)?

Чем первый случай отличается от второго? Или они эквивалентны?

И еще: чем парус принципиально отличается от системы пропеллер/колеса?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-26 04:54 pm (UTC)
С воздушным аппаратом (аппаратом в однородной среде) двигаться быстрее среды принципиально не получится?
Принципиально.
Доказывается очень просто: примем систему координат, неподвижную относительно воздуха.
Получаем неподвижный воздушный аппарат в неподвижной среде. Энергию для движения взять неоткуда.

А с аппаратом на стыке сред получится или нет?
Получится, при условии, что среды имеют разные скорости.
Принципиальное отличие: во втором случае мы не можем выбрать систему координат так, чтобы получить полностью статичную картину. А значит, можно притормозить одну среду, оперевшись при этом на другую, и получить на этом профит :)

чем парус принципиально отличается от системы пропеллер/колеса?
А вот это интересный вопрос.
Парус парусу рознь. Простейший прямой парус на лодке - это пластина, поставленная перпендикулярно ветру. Он действует до тех пор, пока скорость лодки не сравняется со скоростью ветра, после чего сила, действующая на парус, падает до нуля. (На практике, естессно, скорость чуть меньше - потери на трение).
Косой же парус - более сложная штука. При движении под углом к ветру он работает как крыло, отбрасывая часть набегающего воздуха к задней шкаторине - и за счёт этого парусные суда могут двигаться под углом к ветру быстрее ветра. У водных судов, правда, выходит не всегда (сопротивление среды большое), зато буера запросто обгоняют ветер в разы (см. "буерный эффект").
А теперь вспомним, что лопасти пропеллера - это, по сути, те же самые косые паруса. И когда тележка с пропеллером движется по ветру, лопасти пропеллера движутся под углом к ветру. Понимаете аналогию?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: dp074
2008-12-27 05:48 am (UTC)
Короткий пока вопрос:

> за счёт этого парусные суда могут двигаться под углом к ветру быстрее ветра ... буера запросто обгоняют ветер в разы.

Вы здесь, конечно же, имеете в виду скорость, превышающую скорость ветра, но такую, что составляющая скорости, параллельная скорости ветра, меньше скорости ветра?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: ice_blackwell
2008-12-27 09:44 am (UTC)
Практика мудрей, чем спор абстрактных идей :)
Эти ребята говорят, что легко обгоняют ветер по ветру. Типа, само собой разумеющееся явление. Но ходят при этом не строго по ветру, а попутными галсами.
Форум там, вроде, открытый. Можете прямо у них подробности уточнить.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: dp074
2008-12-27 10:01 am (UTC)
Вот у них даже голосование там есть, с дискуссией на 18 страниц.

Есть те, кто утверждают, что обогнали шарик на буере. Есть те, кто этому не верит - научности в эксперименте было маловато. Есть теоретики "против" и практики в основном "за".
Нет там только согласия :)

Так я правильно вас понял или нет, насчет превышения скорости ветра буером?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)