?

Log in

No account? Create an account
Летим по ветру быстрее ветра - Научная кунсткамера — LiveJournal [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: kobak
2008-12-26 02:18 pm (UTC)
Можно Вам задать один 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?

Как я понял, это утверждает ice_blackwell тут выше (http://community.livejournal.com/science_freaks/1106853.html?thread=27041957#t27041957).
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-26 04:18 pm (UTC)
Пропеллер все время крутится в одну и ту же сторону, поскольку его направление вращения определяется направлением движения тележки. Поэтому тяга пропеллера все время направлена вперед. В этом смысле он непосредственно разгону не мешает. С другой стороны, при малой скорости движения тележки сопротивление колес превышает тягу пропеллера. А причина этого сопротивления - мощность, потребляемая пропеллером. Поэтому опосредованно на начальном этапе пропеллер мешает разгону, так как тормозит колеса сильнее, чем тянет сам. Так что если расцепить пропеллер и колеса, то из положения неподвижности тележка будет разгоняться (за счет собственной парусности) быстрее.

При правильно подобранных параметрах равновесие (сила тяги пропеллера равна силе торможения колес), вообще говоря, наступает не при достижении скорости ветра, а несколько раньше, т.к. при достижении скорости ветра тяга уже не равна, а существенно превосходит торможение.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-26 11:44 pm (UTC)
Спасибо за ответ. Поясню свой вопрос: я совсем 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, вращающего колеса).

Верно?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 04:56 am (UTC)
пропеллер изначально вертится в сторону противоположную той, в которую его "стремится раскрутить" попутный ветер

Именно так.

что пропеллер не обеспечивает этот разгон так, как мог бы его обеспечивать, если бы был перевернут на 180 градусов

А вот это уже зависит от передаточного числа. Если число большое (медленный пропеллер - быстрые колеса), то даже при небольшом трении силы ветра может не хватить на то, чтобы провернуть пропеллер. Если число маленькое (быстрый пропеллер - медленные колеса) - то пропеллер будет крутиться легко, но тележка поедет медленно.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-27 10:52 am (UTC)
Спасибо, понятно.

[Уточнение к моим словам: как выше заметил ice_blackwell, чтобы заставить пропеллер крутится в другую сторону, нужно не перевернуть его на 180 градусов, а зеркально отразить.]
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-26 04:23 pm (UTC)
P.S. На некоторых кадрах ролика кажется, что пропеллер крутится то в одну сторону, то в другую. Не обманывайтесь. Это стробоскопический эффект.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-26 08:38 pm (UTC)
Здравствуйте. Я вижу, вам эта тележка тоже покоя не даёт. :)

Насколько я понял, вы тоже считаете, что объяснение о начальном разгоне тележки из-за её парусности маловероятно, не так ли? По-моему, на видео с тележкой, едущей против ветра, всё предельно ясно - она едет исключительно из-за крутящего момента пропеллера (вернее, турбины, в данном случае), передающегося на колёса, а никак не из-за "тяги" пропеллера или парусности (при встречном ветре вообще мешающей разгону).

В принципе, на данном этапе лично мне уже не так важно каким образом тележка достигнет скорости ветра. Ведь можно добавить на тележку парус, и тогда она достигнет скорости ветра (почти) именно за счёт парусности. Плюс, добавить механизм сцепления колёс и пропеллера, и, когда тележка разгонится до скорости ветра благодаря парусности, включить сцепление и начать передавать крутящий момент с колёс на пропеллер, пытаясь создать дополнительную тягу. Позволит ли такой механизм разогнаться быстрее ветра или нет? Пока что мне всё ещё кажется, что нет - единственный источник энергии в данном случае всё равно ветер и, как мне кажется, как только мы превысим скорость ветра, парусность будет нас торомозить, а не давать нам дополнительную энергию для создания тяги пропеллером.

На данном этапе я пытаюсь понять эквивалентна ли парусная тележка на асфальте тележке на беговой дорожке. Что-то я не могу поверить в то, что, парусная тележка на беговой дорожке не поедет назад, а будет стоять почти неподвижно относительно воздуха. Мне кажется, что на беговой дорожке парусная тележка довольно быстро поедет назад, и разница в скоростях дорожки и тележки будет намного больше, чем разница между скоростью попутного ветра и тележки на асфальте (в последнем случае разница будет из-за трения).
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-26 09:32 pm (UTC)
На данном этапе я пытаюсь понять эквивалентна ли парусная тележка на асфальте тележке на беговой дорожке.

Вообще-то первым это понял еще Галилей. :) Тележка, неподвижно стоящая на асфальте, эквивалентна тележке, сносимой по дорожке со скоростью дорожки. Тележка, едущая по беговой дорожке и неподвижная относительно воздуха, эквивалентна тележке, едущей по асфальту точно со скоростью ветра. Ну и так далее.

Позволит ли такой механизм разогнаться быстрее ветра или нет?

Да. Только при разгоне быстрее ветра парус начнет мешать, а не помогать. Если его убрать, мы получим в точности то, что мы видели в ролике. Если парус не убирать, то при прочих равных параметрах мы все равно разгонимся быстрее ветра, но хуже. Доказательство: при скорости тележки, стремящейся к скорости ветра, сила, действующая на парус, стремится к нулю, а разность сил тяги пропеллера и торможения колес существенно отлична от нуля (для этой разности сам момент достижения скорости ветра никаким "особым моментом" не является). Значит, равновесие между тягой (пропеллер) и торможением (колеса + парус) все равно будет достигнуто при скорости, существенно превышающей скорость ветра. Естественно, речь идет о правильно подобранном передаточном числе и достаточно малом трении в осях; формулу, показывающую, при каком соотношении параметров в принципе возможен сверхветровой разгон, постил ice_blackwell. И естественно, я не рассматриваю ситуацию, кода пропеллер находится в аэродинамической тени паруса.

Что-то я не могу поверить в то, что, парусная тележка на беговой дорожке не поедет назад, а будет стоять почти неподвижно относительно воздуха.

Если мы поставим тележку, а потом включим дорожку, тележка поедет назад и будет постепенно разгоняться относительно дорожки по тому же закону, по которому тележка на асфальте разгоняется относительно асфальта. Если мы поставим тележку на уже движущуюся дорожку и отпустим ее только по окончании проскальзывания, это будет эквивалентно тележке, уже разогнанной по асфальту точно до скорости ветра. Еще раз настоятельно рекомендую ознакомиться с принципом относительности Галилея.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-27 04:44 am (UTC)
сила, действующая на парус, стремится к нулю, а разность сил тяги пропеллера и торможения колес существенно отлична от нуля

Что-то не укладывается это в моей голове с точки зрения сохранения энергии. Единственный источник энергии в нашей системе - ветер. Но если мы едем быстрее ветра и он на нас больше не действует, откуда мы будем черпать энергию для поддержания тяги, создающейся пропеллером? Да, мы её снимаем с колёс, но какой-то источник энергии (отличный от пропеллера) должен же её восполнять, иначе мы можем отключить ветер и получить вечный двигатель - тяга пропеллера будет давать телжке энергию большую, чем этот пропеллер получает с колёс на своё вращение. Плюс, мы с вами понимаем, что как только ветер затихает, тележка останавливается, соответственно, ветер - единственный источник энергии. Но как мы можем получать от него энергию, обогнав его?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 05:23 am (UTC)
Но если мы едем быстрее ветра и он на нас больше не действует

Ваша ошибка вот в этой фразе. Если мы едем быстрее ветра, это не значит, что он на нас не действует. Замените мысленно ветер на воду. Как по-вашему, если катер плывет быстрее течения, неужели его перестает сносить течением?

Пока скорость воздуха перед пропеллером больше, чем после пропеллера, мы отбираем у ветра кинетическую энергию.

А вот если выключить ветер, то абсолютная скорость воздуха после встречи с пропеллером будет больше, чем до встречи (воздух был неподвижен, а стал подвижен), то есть мы отдаем воздуху энергию, и тележка будет тормозить.

Это все было в системе отсчета, где асфальт неподвижен, что означает, что асфальт не является ни источником, ни потребителем энергии. В системе отсчета, где дорожка подвижна, она может сама совершать работу, т.е. выступать в роли источника энергии, которую вентилятор будет "перекачивать" в воздух. Никакого противоречия здесь нет: кинетическая энергия тела зависит от системы отсчета, поэтому обмен кинетической энергией между различными телами или средами в разных системах отсчета тоже выглядит по-разному.

Напоследок вам школьная задачка. Потратив 20 кубиков солярки, катер массой 1 т разгоняется от 0 до 20 м/с и приобретает кинетическую энергию 200 кДж. Пусть катер дрейфует по реке со скоростью течения 2 м/с (кинетическая энергия 2 кДж). Потратив те же 20 кубиков солярки (и пренебрегая сопротивлением воздуха), катер может разогнаться вверх по течению до скорости 18 м/с или вниз по течению до скорости 22 м/с. Кинетическая энергия составит в первом случае 162 кДж, а во втором - 242 кДж. Куда делись 40 кДж в первом случае и откуда взялись лишние 40 кДж во втором?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-27 11:28 am (UTC)
Пока скорость воздуха перед пропеллером больше, чем после пропеллера, мы отбираем у ветра кинетическую энергию.

Вы очень хорошо объясняете, почему yurilax кругом неправ, но мне кажется, он не примирится с обсуждаемым феноменом до тех пор, пока не появится конкретное объяснение механизма, по которому энергия передается от ветра тележке в ситуации, когда тележка едет быстрее ветра, в системе отсчета, связанной с шоссе.

Можно дать наглядное объяснение этого механизма именно в этой системе отсчета? Мне тоже любопытно посмотреть на это с такой точки зрения.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-27 07:05 pm (UTC)
если катер плывет быстрее течения, неужели его перестает сносить течением?

Ну, но его не "сносит", а скорее вся среда в которой он плывёт движется (это и есть скорость течения) относительно некоторой неподвижной системы координат, скажем, берега реки. То есть, вы хотите сказать, что мы используем разницу скорости сред, и за счёт этого разгоняемся ешё больше в обеих...

И что, получается, что мы можем построить лодку с пропеллером, которая сможет плыть по течению быстрее течения? Если пропеллер соединить с подводным винтом, раскручиваемым от движения лодки?

Напоследок вам школьная задачка.
Ну, с соляркой всё просто - система отсчёта у нас относительно берега, как и кинетическая энергия. По течению мы приобритаем лишние 40, а против - отдаём.

А вот вы без солярки хотя бы примерно можете набросать обмен энергией в тележке, разогнавшейся быстрее ветра?
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: kobak
2008-12-26 09:42 pm (UTC)
По поводу Вашего последнего абзаца. Вы знаете, я видел уже штук пять тредов (здесь и у Аввы), включая и наш с Вами продолжительный разговор, где Вам разные собеседники повторяют одно и то же: принцип относительности Галилея, принцип относительности Галилея. Вы то ли в него не верите, то ли его не понимаете. Увы.

Мне очень жаль, но я уже понял, что помочь Вам тут в состоянии.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-27 04:08 am (UTC)
Всё что говорит принцип относительности - это то, что для одной и той же системы инерциальная система отсчёта не имеет значения. Но из него не следует, что мы можем заменить одну систему другой и утверждать, что системы тождественны. Между системой с ветром и системой с беговой дорожкой есть, по крайней мере, одно нетривиальное расхождения - источник энергии. В случае с ветром - он единственный источник энергии, в случае же с дорожкой, источник энергии - электромотор дорожки. Я не вижу как принцип относительности Галилея помогает нам уровнять эти два источника энергии.

А что вы всё-таки думаете о роли парусности в первоначальном разгоне тележки, можно вас спросить?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-27 11:13 am (UTC)
Всё что говорит принцип относительности - это то, что для одной и той же системы инерциальная система отсчёта не имеет значения. Но из него не следует, что мы можем заменить одну систему другой и утверждать, что системы тождественны.

Следует. Можете представить себе, что дорожка очень длинная и что есть наблюдатель, который сидит на дорожке. Для него дорожка неподвижна, и дует ветер. Этот наблюдатель ничем не хуже того, который стоит рядом с дорожкой.

В каждом учебнике 7-го класса по физике написано, что равномерно и прямолинейно движущийся наблюдатель экивалентен покоящемуся. Если наблюдатель равномерно и прямолинейно едет в машине, он может считать себя покоящимся. При этом двигатель (источник энерегии, по-Вашему) находится в машине. А для этого наблюдателя двигается шоссе (да и вся земля). Судя по Вашим словам, Вы полагаете, что тут есть противоречие, но его тут нет. И это объясняется в курсе физики за седьмой класс.

Про энергию см. также замечания aldor.

А что вы всё-таки думаете о роли парусности в первоначальном разгоне тележки, можно вас спросить?

Ну, так оно и есть, судя по всему. Когда мы говорили у Аввы, я этого момента еще не понимал и написал какую-то чушь (думал, что пропеллер крутится в другую сторону). Напишу там, кстати, об этом в комментариях (где-нибудь в ветке с нашим диалогом), чтобы там не оставалось неверных утверждений.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)