Термодинамика реальных процессов

Вейник Альберт Иозефович

Если на прибор смотреть сверху (рис. 25), то при вращении двигателя против часовой стрелки схема возникновения сил у верхней пары сателлитов в точности соответствует рис. 19, а. При изменении направления вращения верхнего вала изменится также направление вращения сателлитов, в результате нескомпенсированная сила останется неизменной (см. параграф 5 гл. XXI). То же самое можно сказать и о нижнем вале с его сателлитами. Поэтому с целью изменения направления силы такой прибор надо поворачивать «вниз головой».

Результаты испытания описанного устройства

на аналитических весах без промежуточного коромысла представлены на рис. 27. Из сопоставления графиков а и б видно, что внутренняя сила резко возрастает с частотой вращения. Этого и следовало ожидать, ибо момент гироскопических сил пропорционален произведению угловых скоростей вертикального вала и сателлита. При суммарной силе тока на двух моторах ?? = 8,7 А частота вращения n = 5000 об/мин и внутренняя сила ?хВ = 28·10-5 ?.

Момент гироскопических сил пропорционален также моменту инерции, в свою очередь пропорциональному диаметру маховика в четвертой степени (см. параграф 5 гл. XX). Чтобы экспериментально показать влияние момента инерции, по схеме рис. 25 изготовлен большой прибор БМ-33 массой 9,27 кг. При диаметре маховика 70 мм, R = 25 мм и L = 70 мм масса сателлита равна 244 г. Однако электродвигатели МА-40А не позволили развить необходимые для сравнения частоты вращения.

Аналогичное устройство БМ-33-мини с диаметром маховика 21 мм и массой сателлита 26,7 г имеет массу в сборе 1,58 кг, R = 8 мм, L = 42 мм. Испытание этого прибора при частоте вращения 5000 об/мин (сила тока 4 А) дало внутреннюю силу около 2·10-5 ?. Эта величина примерно в 14 раз ниже предыдущей, что вполне объяснимо, ибо у мини-сателлита все размеры меньше, чем у предыдущего: диаметр маховика в 1,67 раза (1,674 = 7,7), длина маховика в 1,17 раза (7,7х1,17 = 9), диаметр конической шестеренки в 1,09 раза, диаметр хвостовика в 1,25 раза и т.д. В итоге набирается величина, сопоставимая с экспериментальной.

Таким образом, многочисленные опыты, выполненные с различными устройствами типа БМ-33, подтверждают принципиальные выводы теории. Прежде всего это касается направления действия возникающей внутренней силы и ее связи с направлениями вращений сателлита. Наблюдается также определенное согласование теории и опыта в количественном отношении. Например, квадратичный характер имеет зависимость величины силы от числа оборотов сателлита в единицу времени (в наших приборах частоты вращений сателлита вокруг продольной и поперечной осей равны между собой). Есть намек и на четвертую степень зависимости силы от диаметра маховика. Интересен факт изменения величины силы при ее направлении вверх или вниз (рис. 27, а), который отражает влияние тепловой конвекции и внешних хрональных воздействий.

Необходимо отметить, что найденные в БМ-33 значения внутренних сил фактически определяются разностью между гироскопическим и ротационным эффектами (смерчевый эффект гасится из-за разнонаправленного вращения вертикальных осей). Первый эффект господствует над вторым благодаря большому L и малому R. С уменьшением L и ростом R ротационный эффект увеличивается и БМ-33 превращается в БМ-34.

При осуществлении устройства БМ-34 за основу взята конструктивная схема БМ-33-мини (она похожа на схему рис. 25). В этом приборе у сателлита отсутствует хвостовик. Маховик, изготовленный заодно с конической шестеренкой, вращается на трех миниатюрных шариковых подшипниках, расстояние между центрами шариков крайних подшипников L = 5 мм, расстояние от вертикальной оси до центра шарика первого подшипника R = 8 мм, диаметр маховика 21 мм, масса сателлита 16,5 г, масса всего прибора 1,1 кг.

Испытания показывают, что при частоте вращения 10000 об/мин ротационный и гироскопический эффекты, направленные в противоположные стороны, мало различаются по абсолют ной величине, в результате суммарная нескомпенсированная сила не выходит за пределы 0,5·10-5 ?, то есть за пределы погрешности

измерений. Очевидно, что это предельный случай, полученный при уменьшении L. Чтобы преобладал ротационный эффект, надо увеличить R. О реальном существовании и неравенстве нулю ротационного и гироскопического эффектов в БМ-34 говорят опыты с БМ-29 (см. рис. 18, в) и БМ-33 [ТРП, стр.435-440].

6. Устройства типа БМ-35.

В качестве приборов БМ-35 я использовал упомянутые выше большой и малый авиационные гиромоторы. Здесь я остановлюсь только на опытах с большим.

Прибор подвешивается к чаше весов с помощью простейшего устройства, позволяющего ориентировать ось вращения в лю бом направлении по странам света и под любым углом к горизонту (рис. 28). Гироскоп разгоняется до нужной частоты вращения в течение 3-5 мин. Затем источник тока отключается (на рис. 28 снизу видны штырьки трехфазного разъема, направление вращения мотора регулируется поворотом розетки разъема на 180°), маховик после продолжает вращаться по инерции еще 40-50 мин. Весы снимаются с арретира и по световой шкале отсчитывается величина вертикальной составляющей внутренней нескомпенсированной силы. До момента измерения гиромотор успевает нагреться. Это сопровождается появлением заметной подъемной силы. Для ее ослабления прибор теплоизолирован слоем шнурового асбеста диаметром 4 мм, затем полиэтиленом, 21 слоем тонкой мятой бумаги и еще слоем полиэтилена.

Однако измерения на режиме замедленного вращения гироскопа сильно занижают искомый эффект и затушевывают многие важные особенности изучаемого процесса. Кроме того, реактивный момент торможения создает помехи при измерениях, стремясь повернуть чашу весов. С целью устранения всех этих неприятностей был применен промежуточный рычаг-коромысло (см. рис. 20), который, в частности, дает возможность не отключать ток перед измерениями, что резко повышает частоту вращения в момент измерений, а также позволяет изучать влияние ускорений.

Многочисленные эксперименты показывают, что весы фиксируют наибольшую величину нескомпенсированной силы при ориентации оси вращения, близкой к вертикали. При этом величина эффекта зависит от ускорений не меньше, чем от абсолютных скоростей маховика.

Любое вращающееся тело является мощным генератором хронального поля, которое вращается в ту же сторону, что и тело; именно поэтому обсуждаемый эффект назван мною смерчевым. Факт вращения поля хорошо фиксируется рамкой. При этом нет надобности ее перемещать, ибо само поле создает условия, необходимые для опрокидывания рамки. Хрональное поле гироскопа заряжает окружающие предметы, и они оказывают силовое воздействие на прибор. То же самое делает и хрональное поле экспериментатора.

Если смотреть на прибор сверху, то вращение гироскопа по часовой стрелке создает нескомпенсированную внутреннюю силу, направленную вверх. Изменение направления вращения гироскопа (изменять направление вращения Земли я не пробовал) приводит к изменению направлений действия силы и вращения поля, знак вращающегося хронального поля в обоих случаях положительный, но неподвижный БМ и его окружение заряжены плюсом и минусом одновременно.

На рис. 29, а изображена типичная зависимость вертикальной составляющей внутренней силы от времени при резком подключении гиромотора к преобразователю ПАГ-1Ф. Вначале скорость маховика близка к нулю, а ускорение максимально, поэтому сила целиком определяется ускорением. О роли ускорения можно судить по второму равенству (237) и формуле (328). При этом знаки ускорения и приращений хронала и хода времени роли не играют, ибо в уравнение Ньютона (312) ход реального времени входит в квадрате. В первый момент шкала весов делает рывок, но к 10-20 с успокаивается и показывает силу, вызванную ускорением. Ускорение постепенно уменьшается, а скорость нарастает. О роли скорости говорят формулы (237), (328) и (329).