Вход или Регистрация
| СТАТЬИ
И ПУБЛИКАЦИИ
Вход или Регистрация |
ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ | НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ | Научно-техническая
библиотека |
Электрофизика НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ СИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ.
НЕЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ СИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ.
© В.Н. Самохвалов
доктор технических наук, профессор
Контакт с автором: samohvalov_vn@mail.ru
Аннотация
Приведены результаты экспериментальных исследований воздействия в вакууме, вращающегося с высокой угловой скоростью диска, на близко расположенный, механически не связанный с ним диск, подвешенный на нитях. Установлено, что при этом возникают силы воздействия вращающегося диска, вызывающие интенсивную прецессию неподвижного, подвешенного на нитях диска. Эффекты проявляются только в вакууме, не зависят от электрических характеристик материалов обоих дисков и не сопряжены с возникновением электрических и магнитных полей.
_____________________________________________________________________
Введение
Представленный материал является продолжением экспериментальных исследований массодинамического взаимодействия разобщенных, близкорасположенных вращающихся, динамически несбалансированных тел (тонких дисков) в вакууме [1-5].
Взаимодействие названо массодинамическим, т.к. оно определяется динамикой вращения массы, имеющей переменный квадрупольный момент. Все ранее проведенные исследования показали неэлектромагнитную природу силового взаимодействия (полную независимость от электропроводности материалов дисков) и зависимость величины силового взаимодействия вращающихся тел от частоты их вращения, при наличии динамического дисбаланса. Использование терминов “гравимагнитное, гравиомагнитное” и “гравидинамическое” взаимодействие при описании физики наблюдавшихся явлений некорректно. Гравимагнитные (гравидинамические) эффекты проявляются только вблизи особо больших масс или при около световых скоростях движения тел (Физическая энциклопедии, т.5, стр. 191). Наблюдавшиеся в проведенных экспериментах эффекты проявляются при взаимодействии малых масс, при относительно небольших скоростях вращения тел.
В ранее проведенных экспериментах установлены следующие эффекты силового взаимодействия тонких дисков, имеющих динамический дисбаланс, при их вращении в вакууме:
1) возникновение крутящего момента и возбуждение принудительного вращения в вакууме первоначально неподвижного диска другим, вращающимся с высокой угловой скоростью диском, механически с ним не контактирующим;
2) взаимное возбуждение колебаний (высокоамплитудной вибрации) и изгиба (закрутки) поверхности тонкостенных дисков, при их одновременном вращении;
3) взаимное торможение дисков при их одновременном вращении и их нагрев.
Целью настоящих экспериментов было исследование воздействия вращающегося с высокой скоростью диска на близкорасположенный, не вращающийся диск, подвешенный на нитях, а также фиксация и измерение возможных электрических и магнитных полей вблизи взаимодействующих, вращающихся дисков.
Результаты экспериментальных исследований
Общий вид и подробное описание экспериментального оборудования представлен в публикациях [1-5]. Принципиальная схема использованной экспериментальной оснастки представлена на рисунке 1. На роторах электродвигателей постоянного тока, закреплялись два диска диаметром 165 mm. Верхний диски был подвешен на нитях (швейные синтетические нити), нижний диск был жестко закреплен на фланце ротора электродвигателя (рис. 1а) и имел небольшой динамический дисбаланс. Наличие динамического дисбаланса приводит при вращении нижнего диска к возникновению переменного квадрупольного момента. Использовавшиеся в экспериментах тонкие диски были изготовлены из алюминиевого сплава АМг3М (толщиной 0,9 mm), картона (толщиной 1,0 mm), плотной бумаги (толщиной 0,25 mm), пластика (толщиной 0,2 mm).
Рисунок 1. Схема крепления дисков - (а) и прецессии верхнего диска, подвешенного на нитях - (b)
В экспериментах использовалось устройство (рис. 2) состоящее их двух электродвигателей постоянного тока Д-14ФТ2с, закрепленных на толстых (18 mm) стальных плитах. Электродвигатели Д-14ФТ2с (номинальное рабочее напряжение 27B, n=12500 об/мин), имеют электромагнитные муфты (тормоз) и герметичный (экранирующий) корпус. Устройство устанавливалось в вакуумной камере с внутренним диаметром 300 mm, толщиной стенки 15 mm и жестко фиксировалось.
a) b)
Рисунок 2. Прецессия верхнего не вращающегося диска, подвешенного на нитях, при вращении нижнего диска:
а) исходное расположение дисков, b) прецессия верхнего диска при вращении нижнего диска
В первой серии экспериментов оба диска были изготовлены из алюминиевого сплава АМг3М. Верхний электродвигатель был изначально заторможен, т.е. верхний диск не мог вращаться, кроме небольшой закрутки вокруг жесткой оси за счет эластичности нитей. На нижний электродвигатель подавалось напряжение 30 V для вращения нижнего диска.
При большом первоначальном зазоре между дисками (2,5 - 3 mm) после разгона нижнего диска начиналась сильная прецессия верхнего (не вращающегося) диска (рис 1b). При малом начальном зазоре между дисками (1,5 - 2 mm) прецессия верхнего диска начиналась практически с момента начала разгона нижнего диска.
Механического контакта дисков не наблюдалось даже при максимальной прецессии верхнего диска, т.к. верхний диск отходил от нижнего диска (рис. 2b). Как видно на полученных фотографиях, при возбуждении прецессии центр массы верхнего диска поднимается. В исходном положении, нижняя поверхность диска совпадает с торцом центральной оси (рис. 2а). При возникновении прецессии верхний (не вращающийся) диск поднимался до контакта с фланцем, к которому крепятся нити подвески, и центральная ось выступает за пределы толщины диска (рис. 2b).
Механического контакта между дисками не возникало даже при максимальной амплитуде прецессии. Подъем центра массы верхнего диска, при отсутствии его вращения, и постоянное наличие зазора между поверхностями дисков свидетельствует о действии силы отталкивания со стороны вращающегося нижнего диска при прецессии верхнего диска. Как видно при просмотре видеосъемки, нижний диск при этом вибрировал.
Измерение температуры дисков, после вскрытия камеры, показало их нагрев до 50 ºС после трех минут взаимодействия. Это качественно соответствует результатам экспериментов, проводившихся при одновременном вращении и взаимодействии алюминиевых дисков [4].
При растормаживании верхнего электродвигателя, через некоторое время (1 - 3 s) начиналось вынужденное вращение верхнего диска. По мере роста частоты вынужденного вращения верхнего диска возрастала и частота вращения нижнего электродвигателя, что было слышно по частоте звука. Частота вращения верхнего диска при этом достигала 20 - 30 1/s, у нижнего 100 - 120 1/s.
Т.е., после вынужденного разгона верхнего диска, разгонялся и ведущий нижний диск (при том же неизменном, задаваемом источником постоянного тока, напряжении питания). Таким образом, сильная прецессия ведомого диска значительно тормозила вращение ведущего диска и вызывала нагрев обоих взаимодействующих дисков. В публикациях [3-5] показано, что взаимное торможение и нагрев дисков так же происходит и при их одновременном вращении с различной угловой скоростью и, особенно, при противоположном направлении вращения дисков.
При вынужденном вращении верхнего диска, с ростом частоты вращения, амплитуда прецессии верхнего диска уменьшалась до минимальных значений (рис. 3b), что особенно наглядно видно при просмотре видеосъемки.
При этом, зазор между дисками значительно превышал начальный зазор (до начала вращения нижнего диска - рис. 3а) и торец центральной оси выступал за пределы толщины диска (рис. 2б), но меньше чем в процессе прецессии при отсутствии вынужденного вращения верхнего диска (рис. 2б).
а) b)
Рисунок 3. Вынужденное вращение верхнего диска, подвешенного на нитях:
а) исходное расположение дисков, b) при вынужденном вращении и прецессия верхнего диска
Увеличение зазора между поверхностями дисков, в этом случае, происходило за счет закрутки диска на нитях вокруг центральной жесткой оси, вследствие действия крутящего момента со стороны вращающегося нижнего диска [1-2]. Кроме того, частично могло остаться, описанное выше, отталкивание дисков, т.к. оставалась небольшая прецессия верхнего диска.
При резком торможении и остановке верхнего диска (включении электромагнитных тормозов верхнего электродвигателя) прецессия верхнего диска мгновенно достигала исходных величин (как при изначально заторможенном электродвигателе).
Все вышеописанные эффекты массодинамического взаимодействия повторились при подвеске на нитях верхнего диска из картона (1,0 mm) и вращении нижнего диска из алюминиевого сплава, динамически несбалансированного, при начальном зазоре между дисками 2,5 mm (рис. 4). После раскрутки нижнего электродвигателя (напряжение 30 V) и алюминиевого диска, у верхнего картонного диска, подвешенного на нитях, начиналась сильная высокоамплитудная прецессия диска и он поднимался до контакта с фланцем (рис. 4b). При растормаживании верхнего электродвигателя начиналось вынужденное вращение верхнего диска вместе с ротором его электродвигателя. Частота вращения верхнего диска при этом составляла 25 - 35 1/s. При этом амплитуда прецессии верхнего диска значительно снижалась, а частота вращения нижнего электродвигателя повышалась с 70 – 80 1/s до порядка 100 - 120 1/s.
Рисунок 4. Взаимодействие нижнего, не вращающегося, картонного диска (1,0 mm) с нижним алюминиевым, вращающимся диском (0,9 mm):
а) исходное положение, b) прецессия верхнего диска
При замене нижнего алюминиевого диска на бумажный диск толщиной 0,25 mm, и подвешенном на нитях картонном диске получен качественно аналогичный результат (рис. 5). Для обеспечения начального динамического дисбаланса использовались подкладки, обеспечивающие перекос ведущего (нижнего) бумажного диска относительно фланца электродвигателя.
При напряжении питания электродвигателя 10 - 12 V, после раскрутки гибкого бумажного диска до частоты вращения 30 – 50 1/s начиналась его высокоамплитудная и волнообразная деформация (хорошо наблюдаемая на видеосъемке), вследствие чего на фотографии (рис. 5b) он смотрится как полупрозрачный. При этом, возбуждалась сильная прецессия верхнего картонного диска (рис 5b), аналогичная прецессии описанной выше, для других сочетаний материалов ведущего (нижнего) и ведомого (верхнего) дисков.
Рисунок 5. Взаимодействие нижнего, не вращающегося, картонного диска (1,0 mm) с нижним бумажным, вращающимся диском (0,25 mm):
а) начало взаимодействия, b) прецессия верхнего диска и высокоамплитудная вибрация нижнего диска
При высоких скоростях вращения (напряжение питания электродвигателя 30 V), за счет действия больших центробежных сил, волнообразная деформация бумажного диска практически исчезала, но при растормаживании верхнего электродвигателя возникало вынужденное вращение верхнего диска.
Аналогичные результаты получены в предыдущих исследованиях и для одновременно вращающихся дисков, при различных сочетаниях материалов дисков: “алюминий - алюминий”, “алюминий - картон (бумага)”, “картон - картон” [5]. Таким образом, вышеописанные эффекты бесконтактного силового взаимодействия принципиально не зависят от электрических характеристик материалов дисков.
Как показано в работе [4], при отсутствии динамического дисбаланса ведущего (вращающегося) диска, возбуждения вибрации и вынужденного вращения ведомого диска практически не наблюдается. Поэтому, наличие динамического дисбаланса диска, вызывающего переменный квадрупольный момент при его вращении, является необходимым условием интенсивного взаимодействия дисков. Как показано в работе [3] переменный квадрупольный момент ведущего диска приводит к излучению энергии, вызывающей прецессию (вибрацию) ведомого диска, его вынужденное вращение и силовое взаимодействие вращающихся дисков. При подвеске не вращающегося диска на нитях эта энергия вызывает его прецессию, а при растормаживании диска – его вынужденное вращение. В свою очередь, интенсивная прецессия ведомого диска приводит к возникновению его собственного масодинамического поля, взаимодействие которого с массодинамическим полем ведущего диска приводит к торможению ведущего диска и одновременному нагреву обоих дисков [4, 5].
На воздухе (при нормальном атмосферном давлении в камере) эти эффекты, при прочих равных условиях, практически не наблюдались. Было только малое (с частотой вращения 0,05 - 0,1 1/s) вынужденное вращение верхнего диска. Т.е. частота вынужденного вращения на воздухе была на два порядка ниже, чем при вращении дисков в вакууме, при прочих равных условиях. Причем это было только при минимальном зазоре между дисками, который возникал за счет аэродинамических сил притягивавших диски – из-за снижения давления в зазоре между дисками при вращении нижнего диска. Прецессия верхнего диска при этом не наблюдалась, что повторяет результаты исследований, изложенных в [4]. В публикации [5] дано возможное объяснение отсутствия проявления массодинамического взаимодействия тонких дисков, при вращении в плотной воздушной среде.
Анализ физики взаимодействия дисков
Известно явление поляризации дисков в радиальном направлении, вращающихся с высокой угловой скоростью, за счет действия центробежной силы. В металлах это возможно вследствие отбрасывания к периферии диска электронов проводимости. В диэлектриках - за счет поляризации связанных зарядов или деформационной поляризации сегнетоэлектриков.
Однако, попытка зафиксировать возникновение электрического поля вблизи торцов дисков при их вращении в проведенных опытах, с выше указанными скоростями вращения, и при их взаимодействии, с использование простейшего электроскопа, дала отрицательный результат. Полоска тонкой лавсановой пленки, подвешенной на тонкой длинной нити внутри вакуумной камеры на расстоянии 5 - 6 mm от торцов дисков, никак не реагировала на вращение и взаимодействие дисков в вакууме, хотя легко притягивалась к любому подносимому наэлектризованному предмету (на воздухе).
Установка вблизи дисков магнитного компаса, реагирующего на весьма слабое магнитное поле Земли, показала отсутствие, сколь ни будь значительного магнитного поля, вызванного вращением и взаимодействием дисков. С использованием индуктивного датчика (150 витков, диаметр навивки 8 mm, длина – 16 mm) подключенного к мультиметру “Mastech MY-62” (диапазон 0 – 200 mV) производилось измерение напряженности переменного магнитного поля вблизи торца и над плоскостью дисков. Измерения показали отсутствие наведения ЭДС в индуктивном датчике при раскрутке дисков, их вибрации и взаимодействии, т.е. переменное магнитное поле в исследуемом процессе взаимодействия дисков не возбуждалось.
Эти результаты находятся в полном соответствии с результатами опытов П.Н.Лебедева (1911г.), проведенными с целью обнаружения возникновения магнитного поля при высокоскоростном вращении электропроводного кольца от “центробежной поляризации”. При вращении медного кольца с угловой скоростью до 5000 - 6000 1/s, ему не удалось зафиксировать возникновение собственного магнитного поля вращающегося кольца. Более поздние попытки американских физиков, пытавшихся повторить эти опыты, повысив чувствительность аппаратуры, также не привели к обнаружению ожидавшегося эффекта. Эти исследования, а также последние результаты, полученные Б.В. Васильевым, подробно изложены в обзоре [6].
Поскольку экспериментально установленные взаимодействия: возбуждение прецессии, отталкивание дисков, взаимное торможение и нагрев, вынужденное вращение - происходят в не зависимости от электропроводности материалов как ведущего, динамически не сбалансированного диска, так и ведомого диска, подвешенного на нитях, и не вызывают изменение электрического и магнитного поля, то они явно не носят электромагнитной природы.
Природа наблюдаемого взаимодействия обусловлена динамикой движения масс: массой и частотой вращения дисков, имеющих динамический дисбаланс (переменный квадрупольный момент вращения), т.е. это массодинамическое взаимодействие.
Термические эффекты (нагрев дисков при их взаимодействии [4, 5]) обусловлены действием массодинамических полей и массодинамическими взаимодействиями на атомарном (молекулярном) уровне, аналогично тому, что имеет место в вихревой трубке [7]. Проявление массодинамического взаимодействия на атомарном (молекулярном) уровне лежит и в основе самого процесса взаимодействия дисков [1, 5].
При этом следует отметить, что вышеописанные эффекты массодинамического взаимодействия дисков наиболее наглядно проявляются при малой относительной толщине дисков. При большой относительной толщине дисков, вследствие их высокой жесткости, затрудняется изгибная деформация дисков (изгибная волна), что показали эксперименты с картонными дисками толщиной 2,5 mm (того же диаметра 165 mm), представленные в работе [5]. При большой массе и относительно большой толщине ведомого диска затрудняется возбуждение его высокоамплитудной вибрации (прецессии) и связанного с этим его вынужденного вращения, при взаимодействии с ведущим диском, имеющим динамический дисбаланс.
При одновременном вращение близко расположенных, механически не контактирующих дисков большой массы и толщины с различной скоростью (направлением), массодинамическое взаимодействие между ними будет проявляться, прежде всего, в виде дополнительной нагрузки на подшипники, повышенной вибрации самих дисков и их привода.
В то же время, при большой мощности привода наглядный эффект массодинамического взаимодействие может быть реализован для толстых и массивных дисков при подвеске ведомого диска на нитях (струнах), как в выше представленных опытах. Ведущий диск, в этом случае, должен иметь значительный динамический дисбаланс.
Выводы
Литература
|
| О проекте | Контакты | Архив старого сайта |
Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017 |
