Бюро "безумных" идей
2. О силе Кориолиса и транспорте
Гаспар Густав Кориолис (Gaspar Gustav de'Coriolis) — французский математик и механик открыл силу инерции, названную впоследствии его именем. Он также вывел её формулу, — она возникает в неинерциальной вращающейся системе отсчёта.
Циклоны — один из примеров действия силы Кориолиса (фото richard-spiegel.com).
Сила Кориолиса равна удвоенной линейной скорости (v), умноженной на угловую скорость вращения (ω) и умноженную на синус угла между ними, а так же на испытуемую массу (m).
Кроме всем известного опыта с маятником Фуко, доказывающего вращение нашей планеты, на Земле наблюдаются ещё и другие явления, тоже связанные с силой Кориолиса.
На тела, движущиеся в северном полушарии с юга на север, действует сила Кориолиса, направленная на восток, то есть вправо от направления движения, а на тела, движущиеся с севера на юг, сила Кориолиса направлена на запад, то есть снова вправо от направления движения.
Такая сила действует, например, на воду в реках, текущих в северном полушарии. Под действием этой силы вода подмывает правый берег.
Эту закономерность называют законом Бэра. По той же причине правые рельсы двухпутных железных дорог на каждой колее снашиваются немного больше левых. В южном полушарии всё наоборот.
Заметим, что эта сила должна менять направление на противоположное при перемене направления линейной скорости масс: воды, поезда, автомобиля и тому подобного.
Кориолисовой силой обусловлено также и отклонение падающих тел к востоку. Но это не относится к полюсам Земли. Проведём испытания "отвесного бросания" тел с башни, которая расположена на экваторе.
Например, при высоте башни равной ста метрам, с которой "отвесно" падает тело вследствие гравитации, сила Кориолиса смещает его на восток примерно на три сантиметра.
Гаспар Густав Кориолис (1792 — 1843)
После несложного сравнительного анализа можно прийти к заключению, что используя эффект силы Кориолиса, действующей на Земле, необходимо сформулировать некоторые принципы движения нового транспорта.
Допустим, что у нас в экваториальных водах есть лёгкое плавучее средство с полой вертикальной трубой стометровой высоты, жёстко укреплённой на палубе этого плавучего средства. На самом верху в этой трубе прикреплён массивный шар.
Теперь, когда мы заставим падать в этой трубе упомянутый шар, под действием указанной выше силы вся эта "посудина", как система, сместится к востоку на некоторое расстояние относительно неподвижной системы, скажем, что последняя представляет собой заякоренный буй.
Чтобы этот выигрыш в расстоянии остался в восточном направлении — мы будем достаточно медленно (медленнее, чем при падении) поднимать шар верх по трубе.
Так как угловая скорость постоянна, коэффициент 2 — постоянен, синус девяноста градусов равен единице — следовательно, величина силы и её знак зависят от величины и направления линейной скорости (скорости в трубе), а так как при движении вверх шара в трубе скорость его меньше, следовательно, и сила Кориолиса хотя и направлена в противоположную сторону — на запад, будет меньше — отсюда, как очевидно, мы имеем выигрыш в смещении лодки на восток.
Повторяя процесс непрерывно циклически, мы заставим нашу ладью двигаться в старт-стопном режиме всё время на восток.
Движение это обратимо при обратном сочетании значений скорости подъёма и опускания шара — массы в трубе. На принципах механизмов, которые это всё будут осуществлять, останавливаться не стоит, они тривиальны и их реализация под силу даже не слишком искушённому моделисту-конструктору.
Чтобы судно могло выдерживать постоянный курс движения, можно пользоваться подводным рулём. Здесь направление проекции итоговой силы Кориолиса будет приблизительно зависеть от её направления и величины, умноженной на косинус её угла с направлением руля.Как такое движение будет выглядеть на твёрдой поверхности Земли?
Если у нас есть четырёхколесная тележка (экипаж), направленная вдоль широты в северном или южном полушарии, — здесь труба с массой — шаром (или жидкостью) будет располагаться параллельно осям колёс, то есть перпендикулярно широте по долготе.
Если проделывать упомянутую выше процедуру "колебаний" шара (жидкости) в одну сторону быстро, а в другую — медленно уже в горизонтальном положении и организовать этот процесс непрерывно, то этот экипаж станет самодвижущимся и безтрансмиссионным за счёт вращения нашей планеты, то есть за счёт силы Кориолиса.
Иллюстрация Eastern Connecticut State University
Причём по аналогии с вышеописанным случаем он сможет двигаться в любую сторону (за исключением — прямо по долготе), так как передние колёса имеют рулевое управление.
По аналогии возможно летательное транспортное средство в воздухе по типу самолёта и с новым движителем. Космическое "антигравитационное" — левитирующее средство, на мой взгляд, возможно. Если его выполнить в виде контурной трубчатой равнобедренной трапеции, направленной малым основанием вниз, а большим вверх, так чтобы её стороны совпадали с нормалями, например на экваторе, к поверхности Земли или иначе служили продолжениями радиусов, направленных к центру планеты.
Понятно, что чем больше масштабы конструкции и скорость жидкости в этом замкнутом контуре, тем больше подъёмная сила или, если ток в контуре-трапеции сменить на обратный, она будет утяжеляться.
Заметим, что основания трапеции будут располагаться параллельно поверхности Земли. Для этой цели может подойти проводящий контур-трапеция, в котором течёт электрический ток.
Конструкция может иметь и объёмный вид при каркасно-контурном расположении в пространстве. Механика этого процесса такова, что "противоположные" векторы силы Кориолиса на перевёрнутой трапеции перпендикулярны радиусам-нормалям Земли, совпадающими со сторонами контурной трапеции и поэтому их сложение не даёт в сумме ноль по вертикали, так как нормали находятся под углом друг к другу.
Что и обеспечивает подъём конструкции или её утяжеление за счёт суммы "противоположных" сил Кориолиса в контуре.
Здесь я попытался закрыть тот досадный разрыв между фактом вращения Земли и, следовательно, присутствием силы Кориолиса и применением теперь известных принципов в новых безтрансмиссионных средствах передвижения — которые, мне думается, могут занять достойную нишу в арсенале всех уже известных видов транспорта.
Вернуться к списку
|
