УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРИРОВАНИЯ ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ ЦЕНТРА ИНЕРЦИИ Советский патент 1940 года по МПК G09B23/06 

Закон движения центра инерции по числу тщетных попыток нарушения его со стороны изобретателей стоит на втором месте после закона сохранения энергии. Это может происходить не только по незнанию этого закона, но еще и потому, что конкретной причиной невозможности изменения движения (или приведения в движение) центра инерции тела (или системы тел) действием одних только внутренних сил является их неизменная уравновешенность, последняя же является и единственным отличием этих сил от сил внешних, для которых уравновешенность не обязательна. В большинстве случаев в примерах, иллюстрирующих упомянутый закон, конкретную причину уравновешенности сил, т.е. как именно складываются эти силы, как получается их равновесие, установить не трудно, но если изобретатель сталкивается с такими условиями проявления сил в замкнутой системе, при которых уловить их уравновешенность не легко, а кажущаяся неуравновешенность их выступает с очевидностью, то может возникнуть вопрос, действительно ли внутренние силы всегда и при всяких условиях являются уравновешенными, и не представляет ли данный случай исключения.

Поэтому целесообразно наглядно на опыте доказать изучающим механику, что уравновешенность внутренних сил всегда должна иметь место, хотя бы для данного случая было и трудно указать конкретную причину их равновесия.

Предлагаемое изобретение ставит своей целью разрешение вышеупомянутой задачи и состоит в особой форме выполнения устройства для демонстрирования закона движения центра инерции.

В устройстве используется снабженная механизмами для приведения в движение плавающая модель судна, применяемая в других уже известных демонстрационных устройствах.

Согласно изобретению, плавающая модель судна помещена внутри плавающего колокола с тем, чтобы обратить силы противодействия, движущие эту модель, во внутренние силы системы модель-колокол.

На чертеже фиг. 1 изображает вид устройства сбоку в разрезе; фиг. 2 и 3 - вид спереди и, соответственно, вид сбоку в разрезе поплавка видоизмененной конструкции; фиг. 4 и 5 - вид спереди и, соответственно, вид сбоку в разрезе третьего варианта конструкции поплавка; фиг. 6 - разрез детали устройства.

Как видно из фиг. 1, устройство состоит из поплавка 1 (модели судна), снабженного двигателем 3, служащим для вращения через передачу 5 пропеллера 2, предназначенного приводить поплавок в движение. Поплавок 1 окружает плавающий на воде и по возможности более легкий колокол 6 с загнутыми краями 7. Для возможности наблюдения за поплавком продольные стенки колокола (в плоскости фиг. 1) внизу должны быть остеклены.

Пропеллер 2 может вращаться электродвигателем (питаемым током извне или от аккумулятора, помещенного на поплавке 1), достаточно сильным пружинным двигателем или же воздушным, причем в последнем случае для устранения скопления воздуха под колоколом 6 должна быть установлена воздухоотводящая трубка, введенная под колокол 6 через воду.

Другой способ приведения в движение поплавка 1, изображенный на фиг. 2 и 3, основан на следующем явлении.

Известно, что, если воздух движется по поверхности тела, то его статическое давление на эту поверхность падает в зависимости от скорости движения. Если при этом тело легкоподвижно (например, плавает на воде) и у его противоположной стороны воздух неподвижен (нормальное давление), то сила статического давления на эту сторону приводит тело в поступательное движение.

Одним из возможных вариантов устройства, в котором осуществляется одностороннее омывание воздухом поверхности, является устройство, изображенное на фиг. 2 и 3. Оно состоит из установленного на поплавке 1 на подставке 8 открытого сзади ящика 9, на близком расстоянии от передней стенки которого, на оси, поддерживаемой стойкой 4, расположено колесо (вращаемое при помощи двигателя 3 и передачи 5, состоящее из нескольких, перпендикулярных к плоскости вращения лопастей 10.

При достаточном числе оборотов этого колеса получится уменьшение статического давления воздуха на передней стороне ящика 9, тогда как на задней стороне его, защищенной боковыми стенками 11, где воздух неподвижен, сохраняется нормальное давление, в результате чего поплавок 1 движется влево.

Более простой и легче осуществимый способ приведения в движение поплавка 1, основанный на том же явлении, изображен на фиг. 4 и 5. Он заключается в том, что спереди описанного ящика 9 посредине его стенки находится вертикальная трубка 12, сплющенная, как показано на фиг. 6 (изображающей в увеличенном масштабе поперечное сечение этой трубки), закрытая с обоих концов и имеющая по обе стороны ряд отверстий 13 (фиг. 6) по всей длине; трубка 12 присоединена патрубком 14 с краном 15 к резервуару 16 с сжатым воздухом, который, выходя через отверстия 13 и двигаясь по передней стороне ящика 9, создает здесь падение статического давления. При этом, конечно, также потребуется применение вышеупомянутой воздухоотводящей трубки (для устранения скопления воздуха под колпаком). Кроме того, в этом варианте необходимо какое-либо несложное приспособление (например, состоящее из пружины, стремящейся повернуть кран 15, удерживаемый в закрытом положении нитью, через некоторое время пережигаемой медленно горящим шнуром), которое открывало бы кран 15 после покрытия поплавка 1 колоколом 6.

Опыт с описанным устройством будет заключаться в следующем. Если поплавок 1 находится снаружи колокола 6 и, двигаясь по воде, встречает на пути этот колокол, то он сдвигает с места и затем движется вместе с ним в одном направлении. Это является результатом действия внешних неуравновешенных сил.

Если же поплавок 1 будет находиться под колоколом 6 (фиг. 1) и двигаться, например, к его левой стенке, то колокол при этом будет двигаться в обратную сторону, в противном случае переместился бы центр инерции системы из трех тел: поплавка 1, колокола 6 и объема воздуха под ним, что не может произойти, потому что при этом действуют только внутренние силы.

Такое движение поплавка 1 и колокола 6 будет происходить лишь до встречи первого со стенкой второго, после чего система в целом будет неподвижна вследствие равновесия действующих в ней сил, хотя с первого взгляда и кажется, что давление поплавка 1 на стенку колокола 6 в одном направлении является как бы неуравновешенной силой, способной сдвинуть колокол 6 с места. Это особенно рельефно выступает при использовании в качестве движущей силы разности статических давлений (фиг. 2-6), так как в этом случае ясно, что силы динамического давления, возникающие при движении в замкнутом пространстве под колоколом 6 воздуха, отбрасываемого колесом 10 или выходящего из трубки 12 и отклоняемого перпендикулярными к потоку стенками колокола 6 в противоположные стороны, должны действовать одинаково в обоих направлениях, как уравновешенные внутренние силы, и, следовательно, не могут уравновесить давления поплавка 1 на стенку колокола 6.

Устройство для демонстрирования закона движения центра инерции с применением плавающей в воде модели судна, приводимой в движение механизмом, установленным на ней же, отличающееся применением окружающего модель судна 1 плавающего колокола 6 с целью обратить силы противодействия, движущие упомянутую модель, во внутренние силы системы модель-колокол.