Dokładnie z wiatrem, szybciej niż wiatr

[Market]

Witajcie

 

Przeglądając archiwum forum w poszukiwaniu ciekawych tematów natknąłem się na ten:

Nie warto czytać całego wątku, co najwyżej pierwszą stronę, bo dyskusja rozwinęła się w kierunku sprawności i efektywności klimatyzacji i pomp ciepła, dygresje nt. bojerów oraz wyjaśnienia zjawiska typu: im szybciej jedzie, tym szybciej kręcą się kółka, tym szybciej kręci się śmigło, tym mocniej pcha do przodu i tym szybciej jedzie - no Perpetum Mobile w czystej postaci. Nie znalazłem natomiast przekonującego, łopatologicznego wyjaśnienia tego eksperymentu, dlatego pozwalam sobie odświeżyć wątek.

 

W pierwszej chwili myślałem, że to fake i że niemożliwe, bo by więcej energii oddawał niż otrzymuje. Ale wiele jest takich filmików na YT (pomijając nawet oficjalny projekt takiego pojazdu) - konstrukcja pojazdu i eksperyment wydają się tak proste, że trudno by było tu coś oszukać. Więc może jest faktycznie coś na rzeczy i może nie należy poddawać się pierwszemu wrażeniu (emocje bywają mylące) i spróbować zanurkować na bazie naukowej i technicznej. I na tej bazie albo obalić tę "bzdurę", albo jednak potwierdzić i wyjaśnić zasadę działania. Po drugie w tamtym wątku padły hasła, które zachwiało moim niezłomnym stanowiskiem, że to oszustwo:

- owszem prędkość jest większa, ale wywierana przez pojazd siła jest mniejsza niż siła wywierana przez wiatr, więc moc oddawana wcale nie musi być większa od mocy pobieranej,

- to jest rodzaj maszyny prostej.

I tu zapaliła mi się lampka. Bo w jakich sytuacjach prędkość wyjściowa jest większa niż wejściowa, a moc pobierana i oddawana w przybliżeniu się zgadzają? Proste - przekładnia:

 

2 razy dłuższe ramię daje 2 razy większą prędkość i 2 razy mniejszą siłę, a moce się zgadzają:

1. F*V

2. F/2 * 2V = F*V

Nie ma żadnego Perpetum Mobile.

 

No dobrze, ale gdzie przekładnia, a gdzie napęd śmigłowy pokazany na filmikach. No to po kolei. Proponuję serię eksperymentów myślowych.

Skok śmigła można humorystycznie wyjaśnić poprzez takie wyobrażenie: Wyobraźmy sobie, że śmigło porusza się w bryle masła. Wtedy ślad wycięty przez śmigło będzie miał kształt linii śrubowej o takim właśnie skoku jak ma śmigło. Zaraz zaraz. Linia śrubowa? To przecież przekładnia śrubowa: zamiast bryły masła mamy nagwintowany pręt, a zamiast śmigła kręcącego się wzdłuż linii śrubowej mamy obracającą się po pręcie nakrętkę wzdłuż linii śrubowej gwintu - zasada jest ta sama. I teraz wyobraźmy sobie taki pojazd:

Nieobracający się gwintowany pręt A i kręcąca się po nim nakrętka B. Nakrętka obracając się "nakręca" się na pręt w lewo lub w prawo. Nakrętka jest umocowana obrotowo na wózku (o osi obrotu zgodnej z osią podłużną pręta), a obroty nadaje jej napęd od kół (tutaj zielona nitka).

I kolejny eksperyment myślowy: Wyobraźmy sobie, że popchniemy pręt w prawo o jakiś odcinek L. Popchniemy w ten sposób cały wózek wraz z nakrętką również o odcinek L. Ale wózek jadąc będzie obracał kółka, a kółka będą obracały nakrętkę, a nakrętka przesunie się po pręcie o jakiś dodatkowy odcinek pociągając za sobą cały wózek. Dla uproszczenia rozważań możemy tak dobrać przełożenie kółka->nakrętka, żeby nakrętka pokonała na pręcie drugi taki odcinek L. I właściwie prawie mamy efekt z filmów: punkt A przesuwa się o L, a punkt B przesuwa się o L+L. Prędkość punktu B jest 2 razy większa od prędkości punktu A. Ale ponieważ jest to przekładnia zwiększająca prędkość, więc siła jaką będzie wywierał wózek będzie 2 razy mniejsza niż siła jaką będziemy wywierać na pręt. Zatem moc wyjściowa i wejściowa się zgadzają.

Kolejny eksperyment: Wyobraźmy sobie, że wiatr wieje dokładnie z lewa na prawo i że do końca pręta w punkcie A przymocujemy jakąś powierzchnię, poprzecznie do strug wiatru. Wiatr będzie rozpędzał powierzchnię i przyjmijmy, że rozpędzi się ona do prędkości wiatru. W takiej sytuacji wózek popychany przez wiatr (poprzez powierzchnię i pręt) i dodatkowo popychany przez nakrętkę nakręcającą się na pręt będzie jechał szybciej od wiatru. Mamy to.

No ale ktoś może powiedzieć (i słusznie), że na filmach nie było żadnego sztywnego połączenia, żadnej śruby i nakrętki. No to kolejny eksperyment myślowy: Wyobraźmy sobie, że gwintowany pręt i nakrętka nie są idealne i na każde 100 obrotów nakrętki zsuwa się ona z pręta o powiedzmy 20 skoków gwintu. Mamy przekładnię z poślizgiem o poślizgu 20%. I mimo niedoskonałości w postaci poślizgu takiej przekładni, to ciągle jesteśmy na plusie z prędkością.

I teraz kluczowy, najtrudniejszy eksperyment myślowy, wymagający trochę abstrakcyjnego myślenia. Co to za układ, który się obraca i jednocześnie porusza do przodu, czyli porusza się po linii spiralnej, z poślizgiem w stosunku do ośrodka w którym się porusza? No co? No właśnie śmigło. Gdyby przesuwające się powietrze (wiatr) było tak gęste jak masło, to śmigło obracałoby się w tym powietrzu jak wcześniejsza nakrętka bez poślizgu. Ale ponieważ tak gęste nie jest to porusza się z poślizgiem. Ale nawet mimo poślizgu nadal jest zysk w postaci większej prędkości.

 

I to właściwie już całe wytłumaczenie. Układ jest po prostu mechaniczną przekładnią śrubową z poślizgiem zwiększającą prędkość, zrealizowaną przy pomocy śmigła. I to przy okazji obala argument sceptyków, że gdyby takie urządzenie było możliwe, to wystarczyłoby tylko ruszyć w stojącym powietrzu i dalej samo pojedzie - czyli Perpetum Mobile . No nie pojedzie. Jak nie będziemy ciągle popychać i dostarczać energii w punkcie A (wiatr), to się również nie będzie przesuwał i oddawał energii punkt B (wózek). Czyli do działania musi występować zewnętrzna różnica prędkości między powietrzem i podłożem. Zewnętrzna, czyli wynikająca z czynników zewnętrznych w stosunku do wózka, a nie wiatr wytworzony z powodu poruszania się wózka (tzw. wiatr własny z żeglarstwa).

 

Także ten temat powinien się raczej znaleźć w dziale Warsztat-Przekładnie, a nie w dziale Aerodynamika Bo z aerodynamiką ma tylko tyle wspólnego, że przekładnia została zrealizowana przy pomocy śmigła.