?

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: 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)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 01:13 pm (UTC)
Можно дать наглядное объяснение этого механизма именно в этой системе отсчета?

Можно ли удалять гланды через ж...? Наверное, можно, но неудобно. :) Ничего более наглядного, чем система уравнений, описывающих баланс сил и мощностей, мне не придумывается. Едва ли это будет достаточно наглядно для yurilax. А постить сюда весь школьный курс механики в собственном изложении мне почему-то неохота.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-27 06:27 pm (UTC)
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.

Ага, не примирится. Он такой. :)

Можно дать наглядное объяснение этого механизма именно в этой системе отсчета? Мне тоже любопытно посмотреть на это с такой точки зрения.

То есть вы тоже не совсем понимаете как именно шоссейная тележка преодолевает скорость ветра? Тогда у нас с вами больше общего, чем вам хотелось бы признать. :) Я так же, как и вы, прекрасно понимаю за счёт чего тележка на беговой дорожке разгоняется быстрее дорожки, и так же, как и вы, не понимаю как это происходит на шоссе.

Единственное мало-мальски правдоподобное объяснение о механизме разгона по шоссе, которое я слышал, выглядело примерно так:

Представим, что тележка едет слева направо от попутного ветра.

ветер
====>.........}
.........._____|____
_______()____()_____

Пропеллер разогнавшейся до скорости ветра тележки начинает создавать тягу и вместе с этим создаёт за собой некий "воздушный парус", который постоянно растёт назад за счёт дополнительного воздуха, отбрасываемого этим пропеллером назад. Таким образом, ветер продолжает действовать на левую границу постоянно растущего "воздушного паруса", а скорость роста этого паруса и есть разница скоростей тележки и ветра.

ветер........................."возд.парус"
====>.......................(((((((((((((((((}
............................................._____|____
________________________()____()_____


То есть, ветер продолжает крутить колёса с той же силой, как когда тележка ехала со скоростью ветра, и поэтому мы можем снимать с колёс некое количество энергии для дальнейшей раскрутки пропеллера и создания дополнительной тяги.

Но как-то мне эта концепция бесконечно растущего "воздушного паруса" видится неправдоподобной.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 07:34 pm (UTC)
Не перемудрите. Этот ваш "воздушный парус" - это область повышенного давления за пропеллером (она не должна расти бесконечно, достаточно, что она есть в непосредственной близости от пропеллера, дальше давление, разумеется, падает до атмосферного). Разность давлений перед и за пропеллером, помноженная на площадь пропеллера, это и есть тяга пропеллера, а не какая-то там добавка к ней.

Попробуйте для начала разобраться в ролике с движущейся линейкой. Принцип абсолютно тот же. Обратите внимание, что большое синее колесо крутится не в ту сторону, куда его пытается крутить линейка. Это эквивалент того, как ветер ухитряется раскручивать пропеллер против ветра.

Также попробуйте осознать, что ветер не "гонится" за тележкой, чтобы наподдать ей сзади. Ветер уже присутствует во всем объеме, в котором едет тележка.
(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)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 07:21 pm (UTC)
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?

Более того - быстрее ветра. Хотя это технически труднее, чем с тележкой (гребной винт менее эффективен, чем колесо), но принцип тот же. В ролике даже есть фотография такого устройства.

По течению мы приобритаем лишние 40, а против - отдаём.

За счет чего? Откуда берется/куда девается эта энергия? Что конкретно изменяется в окружающей среде из-за этих 40 кДж?

А вот вы без солярки хотя бы примерно можете набросать обмен энергией в тележке, разогнавшейся быстрее ветра?

В какой вам СО? В неподвижной? Энергия ветра преобразуется в работу по кручению колес.
(Reply) (Parent) (Thread)
[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)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-27 05:50 pm (UTC)
>> А что вы всё-таки думаете о роли парусности в первоначальном разгоне тележки, можно вас спросить?

> Ну, так оно и есть, судя по всему.


А что тогда происходит в видео со встречным ветром?
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-27 08:10 pm (UTC)
Там происходит обратное соотношение передаточных чисел. Это другая машина, хотя внешне и похожая.
(Reply) (Parent) (Thread)