המכונה הצנטריפוגלית של דין שברה את חוקי המכניקה

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

ההמצאה של נורמן דין משכה את התעניינותם של מדענים ועיתונאים ממדינות רבות. למשל, מה נאמר עליו בגיליון אוגוסט של מגזין המדע הפופולרי הצרפתי המפורסם "Sians av."

התגלית של דיין היא אולי הבולטת ביותר בהיסטוריה של המכניקה לאחר שניוטון ניסח את חוקיו ב-1667.

בקיץ 1956, נורמן דין, אוטודידקט מוושינגטון, הגיש לנאס א (הסוכנות הממשלתית האמריקאית לחקר החלל) פרויקט של כלי טיס יוצא דופן. למרות שנראה היה שהדגם עובד כמו שצריך, המהנדסים אפילו לא התחילו להבין אותו: המכונית של דין סתרה את עקרונות המכניקה הקלאסית, מה שאומר שלא היה כדאי לבזבז עליה זמן.

ואז דין, לא מיואש כלל, פנה למשרד הפטנטים בבקשה לקבל פטנט על "מכשיר להמרת תנועה סיבובית לתנועה ישר". הוא לא הצליח להשיג פטנט במשך שלוש שנים.

בינתיים, דין פנה לממשלות בריטניה וגרמניה, והציע להם את המצאתו. עם זאת, ללא הועיל. אחרי הכל, דין לא רק הכחיש את חוק הפעולה והתגובה של ניוטון, אלא גם בדרך כלל לא הכיר במתמטיקה. התייחסו אליו כמו הממציא המעצבן של מכונת תנועה תמידית.

קמפבל האמריקאית התוודע למכוניתו של דין, בדק אותה בפעולה ופרסם מאמר להגנת הממציא במגזין Analog. עד מהרה, אחרים התעניינו במכונה, הרבה יותר מהפכנית בקונספט מאשר מנוע הקיטור. כולל שבע חברות גדולות.

קארל איסקסון, מהנדס בחברת Wellesley Engineering במסצ'וסטס, עיצב דגם חדש של המכונית של דין. אולם המנגנון שהוכנס לסיבוב לא המריא, אך משקלו ירד באופן ניכר.

ביקשנו להעביר אלינו עותק של הפטנט. אבל משרד הפטנטים האמריקאי סירב להנפיק לנו עותק חדש. מסייה דין, בתורו, סירב לענות על שאלות הכתב שלנו בארצות הברית: ההמצאה הפכה לסודית.

בינתיים, מכונאים חמושים במתמטיקה הגיעו לעזרה כדי להסביר, סוף סוף, מה העניין.

המכונית של דין התגלתה כאגוז כל כך קשה לפיצוח, שבנוסף לשלושת חוקי היסוד של המכניקה, הם הציעו את חוק התנועה הרביעי.

הוא מנוסח כך: "האנרגיה של מערכת לא יכולה להשתנות באופן מיידי. זה לוקח פרק זמן מסוים, תלוי במאפייני המערכת ותמיד שונה מאפס."

כלומר, פעולה ותגובה אינן בו זמנית! עובדה זו מובילה לתוצאות עצומות. לדוגמה, המסה הנראית לעין של גוף בתנועה משתנה בזמן שתנועה זו מתרחשת.

כתוצאה מכך, החוק השני של ניוטון F = mw מקבל את הצורה F = mw + Aw ', כאשר A הוא מקדם חסר ממדים, ו-w 'הוא קצב השינוי של התאוצה.

רוב התנועות בטבע ובטכנולוגיה מבוצעות בתאוצה מתמדת, ואז המונח הנוסף הזה שווה לאפס.

כמה מומחים אמריקאים טוענים שהחריגות הבלתי מוסברות עד כה שנצפו בשיגור טילים מונחים ובפליטת טייסים מוסברות היטב בחוק החדש.

לדברי ד ר וויליאם או. דייוויס, ראש מחקר ב-Geek בניו יורק וחבר לשעבר במעבדת המחקר האטומי המפורסמת של לוס אלמוס, חוק התנועה הרביעי מסביר היטב כמה חריגות בהתנהגות חומרים בעת בדיקת חוזק.

אתם עשויים לשאול כיצד אסטרונומים, שהשתמשו בשלושת חוקי ניוטון במשך שלוש מאות שנים, לא שמו לב לאי הדיוק היחסי שלהם!

כפי שכבר אמרנו, זה נובע מהעובדה שגופים שמימיים נעים, ככלל, במהירויות ותאוצות קבועות או משתנות מעט.

ההפתעה שלנו אינה שונה מהפתעתם של מהנדסי חשמל כשגילו במאה האחרונה שניתן להשתמש בזרם חילופין, למרות שערכו הממוצע הוא אפס. הטעות שלהם דומה לזו של המהנדסים הניוטונים. הם התעלמו מהעובדה שיש הפסקה בין תנועה לכיוון אחד לאחר, כאשר הזרם אינו אפס.

מעניין שחוקי חוק התנועה הרביעי הובאו לראשונה לתשומת לבם של מדענים בכל העולם לפני שנתיים על ידי האסטרונום הסובייטי ניקולאי קוז'ירב. ואכן, קוז'ירב היה הראשון שהעז להציע שהתפיסה של ניוטון בדבר סימולטניות של פעולה ותגובה שגויה.

קוז'ירב אפילו הציע שכדור הארץ עצמו הוא המכונה של דין. בהתחשב בכך שחצי הכדור הצפוני והדרומי אינם זהים במשקל, אז הגלובוס הוא גם סוג של אקסצנטרי מסתובב. האסטרונום האמיץ אפילו הניח שניתן יהיה להשתמש באנרגיה שנוצרת ממערכת זו.

מאמינים שהמכונה של דין עשויה להיות המנגנון האנטי-גרביטטי האמיתי הראשון שאינו דורש מסת סילון. מכשיר כזה בשילוב עם מנוע אטומי יהיה חללית אידיאלית.

דפים של נוסחאות מתמטיות וחוות דעת של מומחים בעלי ידע מאשרים שהמכונה של דין וחוק התנועה הרביעי הם דברים רציניים. ואנחנו מקווים לראות את המכונית החדשה הזו בפעולה.

לגבי נורמן דין עצמו, אז אולי הוא לא נחות בגאונות מסר אייזק ניוטון.

תיאור הפטנט של נורמן דין זמין ב-All-Union Patent and Technical Library (מוסקווה, Serov proezd, 4). מי שרוצה להכיר אותו טוב יותר או מעוניין להתנסות בעצמו יכול להזמין צילום. על הגלויה לציין "סוג פטנט אמריקאי 74-112, מס' 2, 886, 976".

הנוסחאות, שהסיקו המהנדס דייוויס, לשעבר סגן מנהל תוכנית המחקר של חיל האוויר האמריקאי, לוקחות בחשבון את קיומו של החוק הרביעי למכניקה. השורה הראשונה מכילה את משוואות הקינמטיקה הרגילה. הביטויים משמאל הם נוסחאות של מכניקה קלאסית, מימין נוסחאות המתחשבות בהשפעת קצב השינוי בתאוצה.

בצורה כל כך מבודחת, האמן של המגזין Siansa av תיאר את העיקרון של מנגנון דין.

מדהים

BLUFF או REVERSE?

האם ניתן לנוע במרחב באמצעות כוחות פנימיים בלבד?

החוק השלישי של ניוטון "פעולה שווה לתגובה" מדכא ללא מוצא ניסיונות כאלה. עד כה, רק הברון מינכהאוזן, שמשך את עצמו מהביצה בשערו, הצליח להתגבר על פעולת החוק הזה.

האדם השני שכזה הוא הממציא האמריקאי נורמן דין, שהציע עוד ב-1956 מנגנון שיאפשר, על פי רעיון המחבר, לעוף, החל מעצמו.

ההצעה הייתה כל כך מדהימה שבמשך שלוש שנים נשלל מהממציא פטנט.

ורק לאחר שמדענים במעבדות רבות בעולם השתכנעו במציאות ההמצאה, היא קיבלה את הזכות להכרה.

עם זאת, לא המחבר ולא המדענים הצליחו לחשוף את סוד פעולתו. הסיבה להפרת חוק המכניקה הקיים עדיין אינה ידועה.

אז איך המנגנון של דין עובד ואיך הוא עובד?

על פי שמו, הוא משמש להפיכת התנועה הסיבובית של חלקים בודדים של המנגנון לתנועה ישרה של המנגנון עצמו.

ידוע מהמכניקה שכאשר גוף כלשהו מסתובב, נוצרים כוחות צנטריפוגליים.

אם הגוף מאוזן היטב, כלומר, מרכז הכובד של הגוף עולה בקנה אחד בדיוק עם ציר הסיבוב, אז התוצאה של כל הכוחות הצנטריפוגליים, כידוע, היא אפס.

אחרת, בנוכחות אקסצנטריות, כלומר מרחק מסוים בין ציר הסיבוב למרכז הכובד, נוצר כוח צנטריפוגלי, הנוטה לקרוע את הגוף מציר הסיבוב. כוח זה שובר מסבים, משחרר מבנים, במילה אחת, ברוב המקרים הוא מזיק ביותר. גודל הכוח הזה יכול להיות גדול מאוד.די לזכור שב-3000 סל ד ובאקסצנטריות של חצי מטר, הכוח הצנטריפוגלי עולה על משקל הגוף המסתובב בכמעט פי 4500!

זה היה הכוח הזה שדין השתמש בו.

כמקור להשגת כוח צנטריפוגלי, הוא לקח שני גופים אקסצנטריים לא מאוזנים שהסתובבו באותה מהירות בכיוונים מנוגדים.

על ידי חיבור צירי הסיבוב שלהם עם מגשר קל אך נוקשה, דין וידא שהכוח שנוצר פועל בצורה אנכית.

ואכן, מתוך איור. 1 ניתן לראות שהרכיבים האופקיים של הכוחות הצנטריפוגליים של שני האקסצנטריים מאוזנים הדדית ובכל זווית סיבוב התוצאה שלהם שווה לאפס.

המרכיבים האנכיים של כוחות אלו יוצרים כוח תוצאתי המשתנה בהתאם לחוק הסינוס ומגיע למקסימום כאשר המוטות המחזיקים את האקסצנטריות מאונכים למחוצה (איור 2).

במכשיר של דין, זוג אקסצנטריות היו תלויות במקור על ידי קפיצים ממסגרת המכשיר. עם עיצוב זה, המגשר רטט אנכית בתדירות וכוח גבוהים. עם זאת, כפי שניתן לצפות, המסגרת עצמה הייתה ללא תנועה לחלוטין.

ואז דין, ברגע המעבר של המחיצה דרך המיקום האמצעי כלפי מעלה, החל לקשור אותו בנוקשות למסגרת המנגנון, והניח את המחיצה כנגד המסגרות הרוחביות המורחבות מיד (איור 3). כפי שהממציא האמין, על ידי בחירה נכונה של הרגע שבו התומכים הללו הורחבו, ניתן היה להשיג שהמנגנון החל לנוע כלפי מעלה.

והדבר הכי בולט הוא שזה התברר כנכון. דין חיבר שישה מכשירים כאלה יחד, אבל העביר את מיקום התמהונים על כל אחד מהם בזווית של 60.

ניסויים הראו שלמכשיר משולב כזה יש כוח הרמה קבוע. בהתאם לערכו, המנגנון יהיה תלוי באוויר או ימהר כלפי מעלה. ניתן לגרום לו לנוע בכיוון האופקי, רק מישור הסיבוב של האקסצנטריים צריך להיות מוטה מהאנכי.

האם זה לא מפר את חוק שימור האנרגיה? כאילו לא. אחרי הכל, האנרגיה להרמת המנגנון מסופקת על ידי המנוע המסובב את האקסצנטריות.

ו' קרדאשב,