2019 szeptember 18 - szerda
Kezdőlap > 8. AZ OLVASÓK ÍRTÁK > 8.34. Vferi: A gyorsulás különös jelentősége

8.34. Vferi: A gyorsulás különös jelentősége

Pár napja küldte Vferi a gyorsulással kapcsolatos elgondolásait. Ezt olvashatod a következő sorokban.

Az előzmények

Az ingyen energia kinyerésének gondolatával foglalkozó emberek számára nem ismeretlen a középkorban élt Orffyreus neve, aki – a feljegyzések szerint – jól működő és hasznos munkára is fogható mechanikus örökmozgót alkotott. Gépét számtalan helyen és időben bemutatta a kor jelentős tudósainak, méltóságainak. Ők kívülről megvizsgálhatták a szerkezetet és nem találtak semmi olyan külső energia beviteli lehetőséget, ami a berendezés működését okozhatta volna…

A gyorsulás különös jelentősége három egyszerű példával szemléltetve

  1. Az Ikerparadoxon

    Amikor Einstein előállt a Relativitás elmélettel, a kor fizikusai elutasítóan viselkedtek vele szemben és mindenféle gondolatkísérleteket eszeltek ki az elmélet cáfolatára. Ezek egyike volt az Ikerparadoxon néven elhíresült. Einstein elméletének egyik posztulátuma, hogy nincs kitüntetett koordinátarendszer a világegyetemben, tehát minden mozgás relatív és csak a testek egymáshoz viszonyított mozgásáról beszélhetünk. Nem mondhatjuk azt, hogy ez a test mondjuk 10 km/órával halad, az meg hússzal, csak azt mondhatjuk, hogy ez a test 10 km/óra sebességgel közeledik egy másikhoz, vagy távolodik egy harmadiktól. Persze felvehetünk különböző koordinátarendszereket, amelyek vagy állnak az egyes testekhez képest, vagy hozzájuk képest egyenletesen mozognak. Sőt, vannak formulák a különböző koordinátarendszerek egymásba való átszámítására is. De a lényeg, hogy a testek mozgása csak egymáshoz viszonyítva értelmezhető. Azaz, ha A-jelű pontból nézve a B jelű pont 10 km/órával távolodik A-tól, akkor a B-ből nézve A-jelű pont is 10 km/órával távolodik. Az ikerparadoxon szerint egy ikerpár egyik tagja felszáll egy űrhajóra és fénysebesség közeli sebességgel repked pár évtizedig. Amikor visszatér a földre azt tapasztalja, hogy amíg ő űrhajókázott, testvére igencsak megöregedett itt a földön, ő viszont fiatal maradt. Ez a relativitás elmélet szerint és a kísérletek tanúsága szerint is így kell hogy történjen. Kérdezték tehát Einsteint, hol van hát a híres relativitás? Ha a földön maradt testvr csaknem fénysebességgel látja távolodni az űrhajóban ülő testvérét, akkor az űrhajóban ülő testvér is csaknem fénysebességgel látja távolodni a földet. Akkor mitől van, hogy a földön maradó testvér öregszik meg és nem fordítva? Einstein nemigen tudott elfogadható választ adni erre a kérdésre. Az Intrrneten olvastam még évekkel ezelőtt egy dolgozatot, amiben egy fizikus ismerteti az ikerparadoxon matematikai és grafikus megoldásait. Eszerint a két testvér életkorának a különbségéért kizárólag a gyorsulás a felelős, amin az űrhajóban ülő testvér keresztül ment, míg a földön maradt tesója nem!

  2. A győzedelmes "kockacukor"

    A hidegháború idején (is) az USA-ban jelentős kutatómunka folyt új típusú fegyverek kifejlesztésére. Az egyik ilyen eszköz a sínágyú néven elhíresült kilövő szerkezet volt, mely elektrodinamikus erők segítségével nagy sebességre gyorsította fel a lövedéket. A hagyományos ágyúknál ugyanis a lőporgázok tágulásának véges sebessége miatt nemigen lehet elérni a hangsebesség 3,5-szeresénél nagyobb torkolati sebességet. A film, amit a TV-ben láttam sok évvel ezelőtt a Maxwell művek laboratóriumában készült. Sínágyúval tüzeltek 5 cm vastag acéllemezre egy kockacukor nagyságú vezető anyaggal bevont műanyag kockával. Hatalmas dörrenés, miközben a "kockacukor" szétrombolta a vasat és megállt annak közepében, éppen és sértetlenül! Ha ugyanezt a lövedéket ráhelyeznék az 5 cm vastag acéllemezre és egy présgéppel megpróbálnák belesajtolni a vasba, minden bizonnyal a kis műanyagkocka porrá zúzódna miközben az acéllemezen legfeljebb néhány csekélyke felületi karcolódás keletkezne. Az, hogy mégis a kockacukor győzött, annak a hatalmas gyorsulás lehetett az oka, ami mintegy energetizálta, sérthetetlenné tette őt!

  3. Az ütközési energia kiszámításának nehézségei bizonyos esetekben

    Képzeljünk el egy egyszerű gondolatkísérletet két 1 kg tömegű acélgolyóval, amik egyenes vonalban a világűrben egymás felé tartanak 2 m/s sebességgel. Mivel a föld is mozog velünk együtt, csak a két golyó egymáshoz képesti sebességét tudjuk megmérni, ebből azonban nem tudjuk előre kiszámítani, hogy összeütközésükkor mekkora energia szabadul majd fel.

    Miért is van ez?
    Az ütközésnél felszabaduló energia, a két vasgolyó energiáinak összege lesz.

    Számoljuk ki a golyók energiáinak összegét két eltérő kezdeti állapotból kiindulva, amikor a golyók egymáshoz képesti sebessége mindkét esetben 2 m/s lesz az ütközés előtt.

    A kísérletet például egy asztalon végezhetnénk el az általános iskolában használatos szemléltető eszközök felhasználásával.

    Első esetben mindkét golyót egymással szemben egyenes vonalú pályán gyorsítsuk fel 1 m/s sebességre. A golyók így egymáshoz 2 m/s sebességgel közelednek.

    Energiáik:
    1.golyó W1 = 1/2 m v2 = 1/2 * 1 = 0,5
    2.bolyó W2 = 1/2 m v2 = 1/2 * 1 = 0,5
    Összes energiáik W1 + W2 = 1. Ez lesz első esetben az ütközés energiája.

    Második esetben az elő golyót hagyjuk nyugalmi állapotában, a második golyót pedig gyorsítsuk fel egyenes vonalú pályán 2 m/s sebességre. A golyók így egymáshoz képest szintén 2 m/s sebességgel közelednek.

    Energiáik:
    1. golyó áll, W1 = 0
    2.golyó W1 = 1/2 m v2 = 1/2 * 22 = 2
    Összes energiáik W1 + W2 = 2 Ez lesz a második esetben az ütközés energiája.

    Mondhatjuk, hogy ez érdekes, de nincs benne semmi csoda, hiszen a második esetben a 2. golyó gyorsításához több energiát fektettünk be és így természetes, hogy a gyorsulás irányában a testnek több energiája lesz. Ezt a mondatot azért emeltem ki, mert a következő részben ismertetett gondolatkísérletnél nem szabad elfelejtenünk.

Tömegpont mozgása függőleges síkban, körpályán gravitációs erőtérben, vízszintes tengellyel

Ez bonyolultnak hangzik, de valójában ez egy csapágyazott vízszintes tengelyt jelent, amiből merőlegesen kiáll egy pl. 1 m hosszú fémrúd (pl. egy 6 mm átmérőjű gömbvas), amink a tengellyel átellenes végén van egy pl. 1 kg tömegű súly. Ez tulajdonképpen egy ingának is felfogható.

Gyorsul 8.34. Vferi: A gyorsulás különös jelentősége

1. ábra.

Alapállapotában a súly a pálya alsó holtpontjában tartózkodik, de ha oldalra kitérítjük és elengedjük, ide-oda fog lengeni. Ez utóbbit csak a szerkezet szemléltetésére írtam le, mert most nem ez a fontos.

Nézzük a gyorsulásokat, mert ez a dolgozat fő témája. Emeljük fel a súlyt a pálya felső holtpontjára és engedjük el. A súly, a fémrúd által meghatározott sugár mentén függőleses síkban körpálya mentén fog az alsó holtpont felé lefelé mozogni, miközben a gravitáció folyamatosan gyorsítja. Eközben a súlyra a körpálya tengelye irányába mutató, sugárirányú centripetális gyorsulás is hat. Ez annak a következménye, hogy a súly nem zuhanhat egyenesen függőlegesen a földre, mert a sugárirányú vasrúd kényszerpályán tartja.

Vizsgáljuk meg azt a pillanatot, amikor a súly éppen a tengellyel azonos magasságban van, tehát a súlyt a tengellyel összekötő vasrúd vízszintes. Nézzük meg, milyen irányú gyorsulások hatnak a súlyra ebben a pillanatban. A g = 9,81 m/s2 gravitációs gyorsulás ekkor teljes egészében hat a súlyra és lefelé gyorsítja. A centripetális gyorsulás pedig a súlyt a tengely irányába gyorsítja. A centripetális gyorsulás nagysága csak a körpálya rádiuszától és a súly kerületi sebességétől függ. Ha jól választjuk meg ezeket a paramétereket, elérhető, hogy a centripetális gyorsulás nagysága ebben az időpillanatban megegyezzen a gravitációs gyorsulással. A gravitációs gyorsulás és a centripetális gyorsulás is vektormennyiségek, ezért összegzésük a paralelogramma módszerrel végezhető el grafikus módszerrel. A jelen esetben ez nagyon egyszerű. A gravitációs gyorsulás vektor függőleges és a vele 90 fokos szöget bezáró, azonos nagyságú centripetális gyorsulás vektor vízszintes. A két vektor által meghatározott oldalú négyzet átlója lesz az eredő, ami a gravitációs gyorsulás vektor négyzetgyök kettő szerese, azaz 1,41 g. Végeredményben tehát a pálya ezen pontján lesz egy olyan eredő gyorsulása a súlynak, aminek iránya a körpálya belseje felé mutat a függőlegeshez képest 45 fokot bezárva, nagysága pedig 1,41 g. Az eredő gyorsulás irányába a testnek tehát jóval nagyobb energiája van ilyenkor, mint amit ahhoz kellene befektetnünk, hogy ismét a pálya felső holtpontjába helyezzük vissza. Ezt az energiát például egy másik mozgó testtel történő, az eredő gyorsulás vonalába eső rugalmas ütköztetéssel csatolhatnánk ki.

Zárszó

Ez egyelőre csak egy teória, amit még nem bizonyít semmiféle kísérlet. De ha megállja a helyét, akkor lehetséges hogy az Orffyreus gép (és még sok más szerkezet) "motorjára" találtunk rá.

Ez az elmélet alkalmazható lehetne elektromos vagy mágneses térben mozgó töltött részecskékre is, ami közvetlen villamos energia kinyerését is lehetővé tehetné.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás