?

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: 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)
[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)
[User Picture]From: kobak
2008-12-28 10:09 am (UTC)
О! Спасибо, это очень ясно.

Один вопрос. А вот то, что большое синее колесо крутится не в ту сторону (эквивалент, как Вы пишете того, что ветер раскручивает пропеллер против ветра), -- это тут разве ключевой момент? Ведь если убрать колесо и поставить линейку прямо на ось катушки, катушка все равно будет ехать быстрее линейки (http://www.youtube.com/watch?v=E7vcQcIaWSQ).
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: aldor
2008-12-28 03:38 pm (UTC)
Обратите внимание: в этом случае линейка не на, а под катушкой. Если бы катушка не стояла на листе, а висела в воздухе, при таком движении линейки она вращалась бы в противоположную сторону.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-28 03:02 pm (UTC)
Спасибо, я перевариваю. :) Как переварю - отвечу подробно.

Парус не мой, я просто разместил объяву мне он тоже показался неправдоподобным.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: kobak
2008-12-28 10:03 am (UTC)
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.

Я никогда не утверждал, что разобрался в этой задаче целиком и полностью. Но я разобрался в ней достаточно, чтобы понимать, что тележка разгонится -- и на шоссе, и на дорожке (разумеется, т.к. это эквивалентные системы). Какие-то дополнительные вопросы у меня возникают, вот я их и задаю. Рассуждение с "воздушным парусом" -- это, по-моему, глупости (я нечто подобное уже видел). Ответ aldor на этот Ваш комментарий очень ясный; он мне, кстати, тоже кое-что прояснил.

Кроме того, я охотно признаю, когда я был неправ (и говорю "спасибо, понятно", когда аргумент собеседника меня убедил в чем-то новом). А от Вас в этой дискуссии я пока ни разу не видел не то что признаний собственной неправоты, но и даже намеков на то, что Вы разобрались хоть в чем-то дополнительном. Например, в принципе относительности.

Тем не менее благодаря Вашей настырности я для себя разобрался в некоторых вещах, так что спасибо. Успехов.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: yurilax
2008-12-28 02:49 pm (UTC)
Как-то у вас немного обиженно вышло. Да-да, вы намного лучше, умнее и добрее, чем я, я не спорю! А мне б с тележкой разобраться... :)

Насчёт признания своей неправоты - к сожалению, я всё ещё не уверовал, ни в парусность трёх штырей, ни в едущую быстрее ветра тележку, поэтому признавать что-либо пока рано. Но если вдруг истина снизойдёт на меня, я обязательно покаюсь и напишу вам лично. :)

Вы, пожалуйста, не обессудьте, если что не так - я вас не хотел обидеть и мне было интересно и приятно подискутировать с вами на эту тему.
(Reply) (Parent) (Thread) (Expand)
[User Picture]From: kobak
2008-12-29 11:00 am (UTC)
Да ну бросьте, совсем не нужно извиняться -- обида тут вообще ни при чем и я, конечно же, ни в какой на Вас ни в обиде (наоборот, весьма благодарен за стимулирование разговора).
(Reply) (Parent) (Thread)
[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)