Жироскоп действа като спирачка и нарушава закона за запазване на енергията (ЗЗЕ)

[Иван Димов]

   Ще трябва да направя малка корекция. Ако в по-горе приложения файл BRAKE_GYROSCOPE_EXPLANATION.JPG погледнем фиг.1 отдясно наляво, ще видим това, което съм начертал на фиг.1 в сега приложения файл GYROKOR.JPG. Тук се вижда, че действителната скорост Vд на точка от жироскопа спрямо лабораторията е сума от два вектора. Единият е Vж - скорост на точка от жироскопа спрямо макарата, а другият е Vм - скорост на макарата спрямо лабораторията. Така в действителност действащата сила F не е точно перпендикулярна на скоростта Vд, въпреки че сключения между тях ъгъл а е близък до 90 градуса. Колкото Vж е по-голяма от Vм, толкова ъгъл а е по-близък до 90 градуса. На фиг.2 съм начертал действащите сили. Силата F се разлага на центростремителната Fцс и на силата в червено Fv, която действа ускоряващо за жироскопа. Разбира се противоположно на Fцс неминуемо се появява и центробежната сила Fцб, действаща спиращо за макарата.
   Сега дали се нарушава ЗЗЕ може и да се поспори, но експеримент да се направи е твърде лесно и така ще се докаже чрез точни измервания какво е положението. Моето мнение е, че кинетичната енергия, която придобива жироскопа е по-малка от загубата на кинетична енергия за тежестта поради спирането и ЗЗЕ не се спазва. Ако общата енергия първоначално е била Ep+Eж, в края енергията ще е Ek+Eж+Eжд. Тук Ежд е допълнителната енергия, придобита от жироскопа при падането на тежестта, а Ер и Ек са потенциалната енергия на тежестта в началото и кинетичната и` енергия в края. Равенството е Ер+Еж=Ек+Еж+Ежд. Макарата е неподвижна в началото и края на експеримента. Като съкратим Еж се получава Ер=Ек+Ежд. Ако това равенство не се спазва, значи ЗЗЕ се нарушава. При всички случаи обаче спиращото действие на жироскопа за макарата е факт, което се вижда и от опитите на Ерик Лейтуейт.

[Velektra]

Velektra, науката изисква човек да има някои основни познания. А логическото мислене просто е задължително.

Иван Димов тук си напълно прав.
Темата по която спорим е:"Жироскоп действа като спирачка (тук съм съгласен)  и нарушава ЗЗЕ (тук не съм)".
Колегата Димов явно се е заел сериозно да оборва ЗЗЕ. Където види или прочете за някой интересен опит (най-често свързан с механика) и прави заключението "... и нарушава ЗЗЕ".
Дано да не смята, че за да се има свободна енергия, трябва закона за запазване на енергията да е нарушен.
СЕ съществува. Тя трябва само да се "хване" и използва (преобразува в удобен за използване вид) от човека.

А сега по конкретната постановка (схема (по указание на колегата Димов много дълго я гледах и много дълго мислих)).
За да се придаде кинетична енергия на едно тяло (например жироскоп) в/у него трябва да се приложи работа.
Така завъртайки жироскопа му придаваме от една страна кинетична енергия зависеща от неговата маса и скорост (в случая ъглова) и едновремено с това самия жироскоп има потенциала (потенциална енергия) да предаде получената енергия на друго тяло. Сега за макарата и тежестта. За тяхната кинетична енергия се "грижи" земното привличане(земното ускорение). Имайки тази кинетична енергия, макарата и тежестта имат и потенциала да предадат полученото и на друго тяло, ако например тежеста се удари в него.
Изобщо кинетичната и потенциалната енергия са като ел. ток и ел.-магнитното поле - взаимосвързани са.
Имаме ли кинетична енергия то ще имаме потенциала тя да извърши работа. Имаме ли потенциална енергия то ще имаме възможност да придадем кинетика (движение, динамика) на дадено тяло. А в природата всичко е движение.
Връщам се на схемата.
Жироскопа се върти в макарата. Тежестта пада под въздействие на земното привличане.
Щом тежестта намалява скоростта на падане и дори спира и това е благодарение на въртящия се жироскоп, то този въртящ се жироскоп действа със сила противоположна на земното ускорение. Естествено, че той не може да се прибори с огромната маса на Земята и нейната скорост.
И да разгледаме момента когато жироскопа се върти бясно и успява да спре тежестта на дадено разстояние над повърхността.

Работата е там, че нашата Ек не е равна на първоначалната Ер, а е далеч по-малка, защото падащата тежест не може да се ускори поради силите на спиране. По-малка скорост значи по-малка Ек.

Правилно колега Димов!  По-малка скорост значи по-малка Ек. Само, че по-малка Ек значи по-малка Ер. Когато на едно тяло, притежаващо кинетична енергия Ек му се намали скоростта то тогава се намалява и потенциала му (Ер) да свърши по-голяма работа. Когато на едно тяло притежаващо кинетична енергия Ек му се увеличи по накакъв начин масата то тогава се увеличава и неговата възможност (поренциал (Ер)) да свърши повече работа.
Всичко е във времето. Всичко е за дадения момент. Когато тялото спре да се движи Ек=0 то няма и потенциал да извърши работа. Но си "запазва правото" при първото получаване на енергия (скорост+разчитайки на собствената си маса) да придобие потенциала Ер пак да върши работа.
Питам аз: за каква първоначална енергия Ер (в даден момент) говориш (колега Димов), която не съответствала на Ек (в съвсем друг момент от времето).

В природата всичко е свързано. От една страна по двойки (едно поражда друго и обратното), от друга страна в безбройно многообразие. Между 0 и 1 има безброй много числа. Между черно и бяло има безброй много цветове.
От една страна всичко в природата се стреми към равновесие (покой), от друга в стремежа да се постигне това равновесие се развиват колосални (или микро) енергии, които са пълна противоположност на този покой, но работят за неговото постигане. В това е величието на Природата. Тя ще спре да съществува, когато настъпи пълно равновесие (покой). За щастие засега всичко се движи и бушуват енергии(СЕ), които се мъчим да хванем.

Поради тази причина Ер следи Ек във всеки определен момент от времето.

Никакъв ЗЗЕ не се нарушава!

СЕ е около нас и си действа. Не трябва да я откриваме, а да я "хванем" и "приведем във вид удобен за логаритмуване"  .

Това е от мен.
Колега Димов, Вие сте на ход.

[mzk]

L - ъглов момент;
Т - сила на усукване;
[tex]\Omega[/tex] - прецесионно движение;
I - инерционен момент на ротора около оста му на въртене (спин на ротора);
[tex]\omega[/tex] - ъглова скорост;

[tex]E_r = \frac {1}{2}I\omega^2[/tex] - кинетична енергия на въртящо се тяло (подобно на [tex]E = \frac {1}{2}mv^2[/tex])
[tex]\tau_{net} = \frac {d\vec{L}}{dt} = \frac { d (I\omega) }{dt} = I \frac {d \omega }{dt} = I \alpha[/tex]
[tex]\alpha[/tex] - ъглово ускорение ([tex]rad * s ^-2[/tex])

[tex]L = I\omega[/tex]

[tex]T=L\Omega[/tex]

[tex]T=(I\omega)\Omega[/tex]

Трябва да се отбележи, че ако силите на усукване T действат по оста y (вертикалната), то прецесионните сили [tex]\Omega[/tex] действат по оста x (хоризонталната).
[tex]T_x = ( I \omega ) \Omega_y[/tex]


За съжаление излиза, че силата на усукване T са пряко зависими както от прецесионните сили, така и от въртящия момент на ротора.

Първата мисъл, която идва на човек, докато гледа филмчетата е, че роторът въобще не се влияе от силите на усукване (които пораждат прецесията по-късно), но от горните сметки излиза, че са зависими.

Все още не мога да си обясня, как по този начин стар човек вдига 20 килограмова тежест над главата си с една ръка...

Горните формули и обяснения взех от прикачения pdf файл Engineer through the looking glass. Извинявам се, ако има неточности, но механиката не ми е силна страна.

[Иван Димов]

   Явно ще трябва да преподавам основна физика за да запълня дупките на образователната система.
   Ако едно тяло с маса m се намира на височина h над повърхността на планетата Земя със земно ускорение g, то това тяло има потенциална енергия Ep=mgh. Потенциална Ep означава, че евентуално тя може да се превърне в кинетична енергия Ek или работа A със същата големина Джаули [J]. Щом Ep е 1000 [J] значи ще се превърне пак в 1000 [J] кинетична енергия или работа. ЗЗЕ е валиден за затворена система и може да се напише така dEp+dEk=0 или така dEp = -dEk. Тълкува се така - намаляването на потенциалната енергия, води до увеличаване на кинетичната енергия. Ако dEp е отрицателно число, dEk е положително. Промяната на потенциалната енергия е dEp = Ep2 - Ep1, а промяната на кинетичната енергия е dEk = Ek2 - Ek1. Индексът 1 е за началния момент на опита, а индексът 2 е за крайния момент на опита. В началото тежестта има Ер1=1000 [J], а в края потенциалната енергия е Ер2=mg0=0, защото h=0. Значи dEp = Ep2 - Ep1 = 0 - 1000 = -1000 [J]. В началото тежестта има кинетична енергия Ek1 = 0, защото не се движи, а в края има Ек2 = 1000 [J] или промяната на кинетичната енергия е dEk = Ek2 - Ek1 = 1000 - 0 = 1000 [J]. Обобщено dEp = -1000, а dEk = 1000 или с думи - потенциалната енергия е намаляла с 1000 [J], докато кинетичната енергия се е увеличила с 1000 [J]. Тези разсъждения са за свободно падащо тяло от височина h. Когато тежестта се удари в земята, отдава енергията си като извършва работа и част се превръща в топлина.
   ЗЗЕ е dEp+dEk=0 или Ep2 - Ep1 + Ek2 - Ek1 = 0. Като заместим в него нашите стойности се получава 0 - mgh + mV^2/2 - 0 = 0 или mgh = mV^2/2. Така като знаем от каква височина пада едно тяло, ще намерим с каква скорост ще се удари в земята ако няма триене във въздуха или някакво друго спиране. За този опит може да се каже, че сме вложили енергия Ер за да получим кинетична енергия Ек. А сме вложили енергия Ер, защото тялото не се е издигнало самичко на 10 метра височина за да придобие 1000 [J] потенциална енергия. При падането си, тялото получава енергията, която ние преди това сме вложили за да го издигнем. Затова аз казвам, че Ер е предварително вложената енергия преди началото на опита. Вложили сме Ер и трябва да видим какво ще получим от нея като се превърне в кинетична. С други думи, каквато енергия сме вложили преди опита, същата енергия трябва да получим в края на опита.
   Сега да видим нашата жироскоп-макара.
   В началото влагаме Ер за да вдигнем тежестта на височина 10 метра. Влагаме още кинетична енергия за развъртане на жироскопа Еж. Това са ни вложенията Ер+Еж. Трябва да видим какво ще получим накрая от нашите вложения и да видим дали ще сме на печалба, загуба или "нит пичалба - нит загуба". Да видим какво получаваме накрая. Имаме кинетична Ек на тежестта, която при удара в земята ни върши работа и отделя топлина. Имаме жироскоп с малко увеличена кинетична енергия, която от Еж е станала Еж+Ежд. Друго няма нищо - макарата първоначално е неподвижна, след експеримента също. Обобщено - вложения Ер+Еж, доходи Ек+Еж+Ежд. Според ЗЗЕ трябва да сме на  "нит пичалба - нит загуба" или колкото са вложенията, толкова трябва да са и доходите, което като формула е Ер+Еж=Ек+Еж+Ежд. Математиката казва, че еднаквото Еж от двете страни на равенството може да се съкрати и уравнението става Ер=Ек+Ежд. Това уравнение трябва да е вярно и тогава ЗЗЕ ще е валиден.
   Нека пак напиша закона за запазване на енергията (ЗЗЕ) по три начина.
   1.      dEp + dEk = 0
   2.      Ep2 - Ep1 + Ek2 - Ek1 = 0
   3.      Ер2 + Ек2 = Ер1 + Ек1
   Последното означава, че сумата от потенциалната и кинетичната енергия в момента 2 трябва да е равна на сумата от потенциалната и кинетичната енергия в момента 1. Можем да го напишем и обратно за да го сравним с по-горе написаното за нашата жироскоп-спирачка.
Ер1 + Ек1 = Ер2 + Ек2
Ер + Еж = Ек + Еж + Ежд
   В началния момент 1 имаме Ер1=Ер (потенциална на тежестта) и Ек1=Еж (кинетична на жироскопа). В крайния момент 2 имаме Ер2=0 (понеже h=0) и Ек2=Ек+Еж+Ежд (Ек е на тежестта, а жироскопът е увеличил кинетичната си енергия от Еж и тя вече е Еж+Ежд). Казахме, че след съкращението на Еж се получава окончателно:
                       
                          Ер=Ек+Ежд     
Ер - потенциална на тежестта в началото
Ек - кинетична на тежестта в края
Ежд - прираст на кинетична енергия в жироскопа  (dEk за жироскопа)

   Ако тръгнем от първото уравнение на ЗЗЕ   
dEp + dEk = 0  трябва да съобразим, че

dEp = 0 - Ep = -Ep  и  dEk = dEk(тежест) + dEk(жироскоп) = (Ek - 0) + [(Eж + Ежд) - Eж]   
като ги заместим получаваме
-Ер + Ек + Ежд = 0, което е същото като по-горе Ер=Ек + Ежд
   Предполагам вече разбрахте по няколко начина, че потенциалната енергия на тежестта се превръща в кинетична на тежестта и прираст на кинетична за жироскопа. Спорът е дали равенството е вярно на практика или:

Дали 1000 [J] потенциални са се превърнали в 1000 [J] кинетични Ек+Ежд? Кинетичната на тежестта Ек е по-малка от обикновено, защото през цялото време на падането имаме спиране и тежестта пада бавно (според мен с постоянна скорост). Да припомня, че Ежд е само допълнителната енергия, която жироскопът получава при падането на тежестта (тук не говорим за началната вложена енергия в жироскопа Еж, която така или иначе се съкрати при сметките). Когато тежестта пада, жироскопът се ускорява от сила, действаща му почти перпендикулярно и следователно неефективно. Това е все едно да бутате вагонетка под ъгъл 80 градуса спрямо релсите и да се надявате да я ускорите. Следователно и Ек е по-малка от обикновеното падане и Ежд е по-малка поради неефективно ускоряване. Значи в нашето спорно уравнение Ер=Ек+Ежд вдясно имаме две по-малки от обикновено величини Ек+Ежд, а вляво са първоначално вложените 1000 [J] потенциална енергия Ер. Затова смятам, че тук ЗЗЕ се нарушава.
   И накрая, но не и по значение - аз съм правил други по-подробно разписани сметки за конкретна машина, които доказват невалидността на ЗЗЕ за инерционните сили. Но тези сметки са твърде обемисти, смятани са от компютър и за мен съмнение за моята бъдеща машина няма. А за тази жироскоп-спирачка спорът лесно ще се реши чрез елементарен опит, който може да бъде направен и от студенти.
 
    п.п. Явно и влаковете се вълнуват от нашата спирачка щом по "съвпадение" съобщиха по новините за влакова спирачка вдигнала "дим". Дим-ов (всяка прилика с лица и събития е ама съвсем случайна).

[mi68]

Пак ли ще откриваме топлата вода? Инерциалните сили са едновременно външни и вътрешни за системата. Въртящата система е неинерциална система и ЗЗЕ се нарушава, пишего във всяка дебела Физика.
Тук се прави интересен прост опит да се демострира горното твърдение. От механиката да се прехвърлим в променливия електрически ток, тук имаме ъглова честота и инерционен ефект. Въпроса се свежда до практическа реализация...

[Иван Димов]

   Ето тук http://www.youtube.com/watch?v=zb1yKyPWqcc&feature=related  също може да се види как жироскоп (компактдиск) се съпротивлява, когато се опитваме да го завъртим в напречно направление, бутайки го със сила, перпендикулярна на линейната скорост на точките от жироскопа.

[Velektra]

Смятам,  стана ясно, че тук не се спори за възможностите на жироскопа, а дали е валиден ЗЗЕ.
Според мен сгрешено е, че Ер+Еж=Ек+Еж.
Когато се издигне тежестта над земята, тя получава потенциална енергия Ер=m.g.h
Тежестта не се интересува кой я вдига и по какъв начин. Дали човек чрез своите мускули, дали жироскоп или въртолет я вдига - няма значение за потенциалната и енергия, която тя получава.
Така, че в лявата част на уравнението не се пише:
Ер+Ежироскоп, или Ер+Евъртолет, или ЕР+Ечовешки мускули
Сега за падането.
Като се пусне свободно да падне, приемаме че като премахнем триенето и други подобни неща, кинетичната енергия на тежеста е равна на вложената енергия за нейното вдигане.
Сега когато има спирачка и тежестта пада по-бавно, т.е. с по-малка скорост естествено, че и Ек ще е по-малко. И ние изведнъж извикваме: "ЕВРИКА". "При една и съща потенциална енергия, кинетичната при свободното падане е една, а при действието на спирачка е по-малка. Значи ЗЗЕ не действа!"
Ура!
А че се използва енергия за спирането - няма значение. Кой ти гледа такива "дребни" подробности.
Така че формулата не е Ер+Еж=Ек+Еж.
Формулата е Ер=Ек+Ежироскоп или Ер=Ек+Ечовешки мускули
Нека разгледаме и следния момент. Тежестта се спуска (например била е на 10 метра височина) на 5 метра,  брагодарение на центробежните сили на жироскопа например. Тогава Ек=0. А Ер колко е? Тя е намаляла наполовина, защото височината е намаляла наполовина.
Сега вече Ер=(Ек=0)+Еж. И ТУК Е МНОГО ВАЖНИЯ МОМЕНТ. Някой ще възрази: "нали каза, че потенциалната енергия не зависи от това кой я е предал на тялото (тежестта), а тук пишеш Ер=Еж или Ер=Ечовешки мускули?". Ами да. Въпреки, че формулата ще се напише в такъв вид, тежестта пак не се интересува кой я е спрял на 5 метра над земята и е запазил макар и половината от първоначалната и Ер. Формулата само показва, че в случая останалата Ер е равна на енергията за задържането на тежестта във въздуха над земята. И то силата на задържане е точно толкова. Ако е повече - тежестта пак ще започне да се издига, ако е по-малко - ще започне да пада и тогава Ек пак става различна от нула.
Зная, че повечето от Вас ще ми се обидят, че може би им се подигравам, защото аз в момента обяснявам неща от рода, че 2+2=4. Но аз да си го кажа, защото явно някои не го разбират.
Да се четат дебели книги е необходимо, но не достатъчно условие. Няма ли логическо мислене (за съжаление то или го има или го няма) - язък за четенето.
За хубаво или за лошо (не знам) ЗЗЕ си действа.
Всичко в природата се стреми към равновесие. Когато се наруши това равновесие от някоя сила, то веднага се навдигат други сили, за да "оправят нещата". Докато трае това пък тези сили изкарват нещо друго от равновесие и така се получава вечния кръговрат.
За да получим СЕ от някоя система, то трябва периодично! да изкарваме тая система от равновесие и да използваме енергиите.
Въпроса е как да я излъжем, като и даваме по-малко енергия, а искаме да получим повече. И всичко това е заради тоя пусти закон за запазване на енергията, който за съжаление действа. Но не трябва да се предаваме. Начини има  !
Който разбрал - разбрал.
Който не е разбрал - след 2-3 дена пак ще пиша.

П.П. Забелязал съм, че който не може да обясни нещо или не е сигурен в правотата си, използва или много формули и увъртания или високопарни и високотехнологични думи. В ученическите ми години се въртеше една смешка (нещо като виц да го наречем). Цитирам по памет: " Синтезирайки и анализирайки парадоксалните симптоми на моята ортодоксална илюзия, аз констатирах, че въпроса е конктретно индифферентен и се базира върху основата на солиден фундамент. Нямайки за цел да парадирам ....(тук не си го спомням).. пред вашата пикантна аудитория аз Ви моля за вашето конкретно ДА или НЕ" 

[mzk]

@Velektra,

И аз подкрепям. В предния си пост написах, че ЗЗЕ наистина се нарушава, но уви.. Не съм добре запознат с механиката при жироскопите.

В подкрепа на мнението си ще призова да прочетете предния ми пост, където съм извадил простички формули от документ на самия Ерик Лейтуейт.
В допълнителна подкрепа ще призова да се изгледа и разбере лекция № 25 от курса Classical Mechanics на MIT (8.01 от 1999).

Все още не ми е ясно как точно може да се използва прецесията за задвижване, но КПД>1 тук няма, както е писал и самия Стефан Маринов. Ерик Лейтуейт във филм на BBC казва, че са достигнали до момент, в който цялата математика и принципите на жироскопа са си напълно в унисон с текущите закони във физиката.

[Velektra]

Аltium, mzk, благодаря за подкрепата!
Mzk, въпреки, че използвах конкретния случай за жироскопа и макарата, аз имах предвид въобще действието на ЗЗЕ.
Аз ще се радвам ако се използват уреди като жироскопа със своите интересни свойства в такива системи, действайки като спирачка например.
Но най-интересно е, че от една страна ЗЗЕ би трябвало да ни отчае, че колкото енергия вложиш - толкова ще получиш. От друга страна обаче благодарение на неговото действие ние получаваме енергии. Има обаче едно "САМО ЧЕ". Това получаване на енергии става чрез "сламки" които ни е подхвърлила Природата (то няма и кой друг).
Например първото за което се сещам е магнита. Той ни е даден даром от природата.
Например имаме следната равновесна система: атмосферното налягане между две точки на земята. Кой и как може да наруши равновесието. Например Слънцето със своята енергия (естествено има и други "участници" в процеса) прави така, че атмосферното налягане в едната точка става по-голямо отколкото в другата. И задухва вятър. Ние веднага слагаме ветрогенератор.  Той се завърта, но и това не е достатъчно. Ако природата не ни беше дала магнита само щеше да се върти перката и да радва децата. Та благодарение на магнита (за който не знаем как създава постоянно поле около себе си - просто го приемаме за даденост) получаваме ел. ток.
Спирам до тук, за да не се отклонявам много от темата. За последно ще кажа, че за мен магнита е Perpetuum mobile. Той е пример за система, на която постоянно (или за дълъг период) е нарушено равновесието и благодарение на ЗЗЕ се стреми да се върне в равновесното си състояние и така създава енергия. Само че не мога да разбера кой нарушава това равновесие  .
Жироскопа също е много интересно устройство.

[Иван Димов]

     velectra, altium, mzk,
   Няма нищо страшно, че ЗЗЕ не действа при инерциалните сили. Няма да се срине Вселената, спокойно. И друг път съм казвал, че всички действащи механични перпетуум мобилета доказват именно това, че ЗЗЕ не действа точно за инерционните сили каквито са центробежните и кориолисовите. Именно тези сили нарушават и третия закон на Нютон за действието и противодействието. Ако преди време и аз се съмнявах въобще във възможността да се направи механично перпетуум мобиле и да се нарушава третия закон на Нютон, то сега вече съм пресметнал чисто теоретически с обемисти сметки, че това е възможно. И това го направих именно защото вярвах, че машините в книгите на Стефан Маринов и тези в youtube-то са наистина действащи. В продължение на 20 години многократно съм се отчайвал и на два три пъти съм се отказвал да повярвам, че тези машини действат, защото тогава теориите ми не можеха да го докажат, но сега вече нямам никакви съмнения. В крайна сметка истината не се интересува от нашата невъзможност да я видим - тя съществува.
   Сега специално към velectra - дори формулите, които си писал за да ме цитираш си ги сбъркал. Затова пак ще ти обясня още по-разбираемо. ЗЗЕ означава, че намаляването на потенциалната енергия води до същото увеличаване на кинетичната енергия. Термините намаляване и увеличаване означават промяна. Или ЗЗЕ е: Промяната на потенциалната енергия води до същата промяна на кинетичната енергия, но с обратен знак. В математиката и физиката промяната се означава със символа d или за по-големи интервали делта.
   Значи ЗЗЕ e dEk = -dEp.
Вляво имаме промяната на кинетичната енергия. Хайде да видим как се е променила нашата кинетична енергия при жироскоп-спирачката. Тежестта от скорост нула в началото е достигнала до някаква скорост V в края и съответно енергията от нула е станала Ek=mV^2/2. Промяната на нейната кинетична енергия e dEk(тежест)=Ek-0=Ek. Да видим сега как се е променила кинетичната енергия на жироскопа. dEk(жироскоп)=Ek(жироскоп в края) - Ek(жироскоп в началото) = (Eж + Ежд) - Еж = Ежд или пак ще подчертая, че Ежд е допълнителната енергия, получена от жироскопа при падането на тежестта. Щом толкова се бъркате с буквите ако искате нека направо да означим промяната на кинетичната енергия на жироскопа с dEж. Значи общата промяна на кинетичната енергия в нашата система е dEk=dEk(тежест)+dEж. А общата промяна на потенциалната енергия е dEp=0 - mgh. Може и така mgh = -dEp.
   Като заместим в ЗЗЕ dEk = -dEp с техните равни се получава:
dEk(тежест) + dEж = -dEp   вляво е промяната на общата кинетична енергия, а вдясно е промяната на общата потенциална енергия. Може същото да го запишем по-подробно mV^2/2 + dEж = mgh. Вижте колко е просто - измерва се скоростта на тежестта V, преди да се удари в земята и се измерват оборотите на жироскопа в началото и края за да се изчисли с колко се е променила кинетичната му енергия, т. е. колко е dEж. А промяната на потенциалната енергия mgh е съвсем лесна.
   Да напиша пак ЗЗЕ:
              dEk(тежест) + dEk(жироскоп) = -dEp(тежест)
   или      dEk(тежест) + dEk(жироскоп) = mgh
   Вдясно е ясно - имаме 1000 [J], но вляво дали са 1000? Кинетичната на тежестта е малка заради спирането, а жироскопът едва-едва се е ускорил заради ъгъла на ускоряващата го сила, който е близо до 90 градуса. Velectra, ако буташ кола, която не може да запали, отзад ли я натискаш или на страничната врата? Ако я буташ отстрани едва ли ще я помръднеш - същото е и при нашия жироскоп - гледай горе чертежите внимателно и мисли дълго. А енергия за спирането на тежестта не се хаби, защото спирането се осъществява от центробежни сили и съответно отделена топлина няма както е при стандартните спирачки с триене. Така че обобщено - вляво в горното уравнение имаме две по-малки от обикновено числа, а вдясно е ясно 1000 [J]. Значи нямаме равенство и ЗЗЕ се нарушава като излиза, че част от енергията изчезва. Само липсата на средства и време ме спират за да го докажа с опит.
   И накрая, mzk, не се колебай - механиката е точна наука. Не е като термодинамиката и електромагнетизма, където процесите се описват статистически. Е, сметките понякога са неприятно дълги, но могат да бъдат точни. Ще кажа само, че сега смятам сложно триизмерно движение и за да намеря три координати на важна точка изписах почти 20 страници с формули. Да се надяваме, че докато стигна до края няма да забравя какво съм смятал в началото. 

[Velektra]

Както се казва: "Гледам (чета) и не вярвам на ушите си!"

Сега специално към velectra - дори формулите, които си писал за да ме цитираш си ги сбъркал.

Тези формули ли съм сбъркал?

Re: Жироскоп действа като спирачка и нарушава ЗЗЕ
« Отговор #10 -: Юни 28, 2011, 09:56:10 pm »

   Velektra, науката изисква човек да има някои основни познания. А логическото мислене просто е задължително.
   ЗЗЕ означава колкото енергия сме вложили, толкова и да получим. За жироскопа ЗЗЕ се спазва. Ние влагаме енергия да го развъртим и колкото сме вложили в него, толкова после може и да си я получим обратно. Но аз говоря за цялата система, включваща жироскоп, макара и тежест. Нека жироскопът има енергия Eж. Ако в началото имаме енергия Ep+Eж, то в края трябва да имаме енергия Ek+Eж. Или да е спазено равенството Ep+Eж=Ek+Eж. Тъй-като Еж е една и съща в началото и края на опита, можем да я съкратим в уравнението и тогава Ep=Ek. В училище всички учат как потенциалната енергия се превръща в кинетична. Работата е там, че нашата Ек не е равна на първоначалната Ер, а е далеч по-малка, защото падащата тежест не може да се ускори поради силите на спиране. По-малка скорост значи по-малка Ек. Равенството не е спазено и ЗЗЕ е невалиден в този случай. Гледай горе чертежа и мисли дълго.

Аз още в началото казах, че всичко се разглежда в движение и всичко е движение. Естествено, че е dE.
Но нали не смяташ, че Ер намалява, защото се увеличава Ек?
Ер намалява, защото намалява h и това няма нищо общо с Ек.
Когато тялото спре на определена височина и Ек стане равна на 0 (v=0), тогава Ер не е нула, тъй като имаме dEр=0 => Ер=const=m.g.h(новата височина).


Иван Димов, би ли ми обяснил с думи прости следното твое изречение:

А енергия за спирането на тежестта не се хаби, защото спирането се осъществява от центробежни сили и съответно отделена топлина няма както е при стандартните спирачки с триене.

Как се спира движещо се тяло без да се вложи енергия за това!

[jhonjhon]

Мисля, че примера ти за бутането на колата откъм вратата не е много удачен. Бих предложил да го асоциираме с лост, който е закрепен в средата към лагер на неподвижна основа и се върти с някаква скорост. Усилията ни да променим тази скорост като действаме близо до оста на въртене ще създава голямо съпротивление и промяната на периферната скорост също ще е голяма. Колкото е по-голяма скоростта на въртене, толкова по-голямо ще е влиянието на триенето с въздуха.

Не казвам, че не може да има някакви енергийни отклонения от ЗЗЕ, но при такъв тип постановки, те биха били не особено големи.
Мисля, че някои от неизвестните ефекти при жироскопа са използвани от Брус ДеПалма при неговата N-машина.

[jhonjhon]

Моят пример беше по-повод литературната ти оценка за въздействието върху оборотите на жироскопа:

 " Следователно и Ек е по-малка от обикновеното падане и Ежд е по-малка поради неефективно ускоряване. Значи в нашето спорно уравнение Ер=Ек+Ежд вдясно имаме две по-малки от обикновено величини Ек+Ежд, а вляво са първоначално вложените 1000 [J] потенциална енергия Ер. Затова смятам, че тук ЗЗЕ се нарушава."

Е, такова "неефективно" ускоряване имаме и в примера, който дадох. Това не е никакъв аргумент за нарушение на ЗЗЕ.

Дотук знаем, че при напречно завъртане на оста на жироскопа, скоростта на въртене му се увеличава. А има ли движение при, което тази скорост да се намалява?

[Seeker]

   Първо, точно намаляването на Ер води до увеличаване на Ек. Това е основно във физиката. Примери много - ако люлка е отклонена от равновесното си положение и издигната до височина h, има Ер=mgh. Ако я пуснем, тя се засилва и в най-ниската точка потенциалната енергия е намаляла с mgh, но кинетичната се е увеличила точно с числото mgh. По-точно е да се каже промяната dh или dЕр=mg.dh, но тъй-като е много просто считай, че където съм писал h съм имал предвид делта h или промяната на височината. Така имаме преливане от потенциална в кинетична енергия и затова има ЗЗЕ.
   

Точно тук колегата Иван Димов е в голяма грешка. В частния случай на Нютоновата механика е вярно преобразуването от кинетична в потенциална енергия и обратно. Но във физиката има закон за пълната енергия, където участва и вътрешната енергия на веществата. Законът на Бернули дефинира пълната енергия на телата (в частност на флуидите) като сума от  кинетична , потенциална и вътрешна.
В писанията до тук, никой не е отчел вътрешната енергия на жироскопа  като член  в  равенствата.  Такова нещо , че енергията се губела неизвестно къде - няма.  Джеймс  Уат е правил  опити и измервания с години, докато установи, че кинетичната енергия преминава в топлинна.  А колегата Димов само с разсъждения (и медитиране?)се опитва да открие загатката.

И да вметна -   altium и Velektra  напълно ясно му показаха грешките в сугестичните напъни.  Не е необходимо да се пали и демонстрира превъзходсто, не сме се събрали да си мерим пишките.

Както е  казано в дебелите книги: " По делата ще ги познаем"

[Иван Димов]

   Ето и Seeker извади секирата и се мъчи да въвежда нови понятия. Още малко и ентропията ще въведем и чак тогава ще я втасаме.
   Добре, всяка система има кинетична, потенциална и вътрешна енергия. Да уточним понятията, защото явно се използват неправилно. Кинетична енергия - всеки я знае mV^2/2. Потенциална енергия - тя е свързана с нивото, на което се намира дадено тяло в силово поле. Например в гравитационното силово поле, колкото по-високо е дадено тяло, толкова по-голяма потенциална енергия има и тя се превръща в кинетична при падането на тялото. Ако скочим от височина 20 см. е едно, а съвсем друго е ако скочим от 2 метра. Потенциалната енергия при 20 см. е по-малка от тази при 2 м. По друг начин казано, ако действаме на тяло със сила G=mg и го придвижваме на височина dh, това тяло ще придобие потенциална енергия Ер=mg.dh поради това, че имаме сила по преместване, което е работа. Тази работа отива за увеличаване на потенциалната енергия. И обратно, ако тялото пада, потенциалната енергия се превръща в кинетична и така нашата първоначална вложена работа се връща. Това е елементарно - кинетичната и потенциалната енергия на механична система са взаимно зависими.
   Сега да видим какво е вътрешната енергия. Като какво си я представяте? Количество топлина, химична енергия или какво? Многото понятия само объркват обучаващите се. Енергията е само два вида: кинетична и потенциална. Дори когато се отнася за вътрешната енергия - температурата не е нищо друго, освен кинетична енергия на частиците. А взаимното им разположение в силовите им полета е свързано с потенциалната енергия. Ето прост пример. Молекула водород - ако вкараме в нея кинетична енергия, двата водородни атома ще се движат с по-голяма скорост, ще трептят и молекулата може да се върти. Температурата на водорода ще се повиши. По-висока кинетична енергия значи по-висока температура. Ако обаче при загряването атомите се отдалечат един от друг, това става в тяхното силово поле на привличане. Така част от вложената кинетична енергия (топлина) отива за увеличаване на потенциалната енергия. Затова при фазовите преходи температурата остава постоянна - вложената енергия отива само за увеличаване на потенциалната енергия, която е свързана с разстоянието между частиците. Имаме раздуване при постоянна кинетична енергия (температура). Примери много, но това е термодинамика, а ние говорим за чиста механика без промяна на температурата. Пълната енергия при това положение е Ер+Ек=const. Постоянството на пълната енергия във времето означава, че не можем да променим само кинетичната или само потенциалната енергия на затворена система ако не вкарваме енергия отвън или не изкарваме енергия навън. Но формулата Ер+Ек=const позволява да се увеличи Ек ако се намали със същото число Ер. Или ако 50+50=100 може да стане 40+60=100. Имаме преливане от потенциална в кинетична, нищо друго - нямаме топлообмен та да говорим за вътрешна енергия. Вътрешната енергия ако я бележим с U, можем да запишем U+Ep+Ek=const. Като диференцираме вляво и дясно става dU+dEp+dEk=0. В нашия случай dU=0 (нямаме химични, топлинни взаимодействия, промяна на обем) и пак се стигна до моето dEp+dEk=0. Ако трябва да сме съвсем прецизни можем да напишем dQ=dU+dEp+dEk+dA, което има общо и с формулата на Бернули за флуидите. В това уравнение dQ е вкараната в затворената система топлина. Вътрешната енергия U се променя само ако имаме промяна на температурата или размерите на микрониво (разстояние между частиците). За потенциалната Ер и кинетичната Ек вече казах, а dA е извършената от системата работа - в нашия случай нямаме извършване на работа, значи dA=0. Обобщено в уравнението:
                          dQ=dU+dEp+dEk+dA
dQ=0 (не вкарваме в нашата система топлина, няма топлообмен)
dU=0 (температурата е постоянна и размерите са постоянни)
dA=0 (системата не извършва работа)
                                   или
                           0=0+dEp+dEk+0
от което следва     0=dEp+dEk
пак стигнахме до моето елементарно уравнение, така че номерът с вътрешната енергия не минава.

   Имаме спиране без триене - нарушава ли се третия закон на Нютон? В CIP машината на Робърт Кук пък имаме ускоряване без триене и доказано на практика нарушение на третия закон на Нютон. На някои хора явно много им се иска това да не е така или по-точно обикновените данъкоплатци да не знаят, че това е така.
   И ако моите теории ви се струват спорни, то поне не се излагайте като критикувате общоприети и доказани с експерименти неща като CIP машината.