Сфера Архимеда - интересное изобретение, которое состоит из оси, поплавка на палочке, сферического аквариума и, собственно, воды.
Как это работает? Просто вес в правой полусфере всегда чуть больше, чем в левой, и равновесие постоянно нарушается, что вызывает длительное вращение.
скрытый текст
Если словами - в воду погружено колесо, по окружности которого размещены поплавки, одна стенка которых подвижна и представляет собой груз. Когда этот груз находиться внизу поплавка, объем вытесняемой жидкости увеличивается, когда вверху - уменьшается. На разных сторонах колеса создается разность выталкивающей силы и колесо крутится. Что особенно интересно в этой конструкции так это использование энергии гравитационного поля, причем сразу в двух местах. Во первых - при перемещении грузов, во вторых - при создании силы Архимеда.
При проведении анализа было принято несколько допущений:
Изменение центра тяжести поплавка при перемещении груза не учитывается. Для принятия этого допущения было проведено отдельное исследование, в результате которого выяснилось, что перемещение груза под действием силы тяжести в системе, подобной исследуемой, хотя и вносит некоторые искажения в закон движения, однако сумма действующих на систему моментов (за один полный оборот системы) равна нулю.
Силы трения и инерция системы не учитываются. Среда, в которой происходит движение (жидкость) сама по себе исключает быстрое вращение, поэтому влияние инерционных сил бесконечно мало. Силы трения в точке вращения колеса не учитываются, т.к. не оказывают никакого влияния на результаты расчета моментов, действующих на систему. Силы трения, препятствующие свободному передвижению груза в поплавке, можно значительно уменьшить либо вообще исключить инженерными методами, поэтому они также не учитываются.
Масса всех элементов системы, кроме грузов, принята равной нулю. На свойства системы влияет только масса поплавков. Прочая же масса распределена так (в системе с несколькими поплавками), что ее центр тяжести находится в центре вращения колеса и, следовательно, влияет только на инерционные характеристики системы. То же можно сказать и про объем всех вспомогательных элементов системы.
Далее представлены исходные данные и формулы, использованные для расчета.
Размерности используемых величин
Единица длины - метр
Единица массы - грамм
Единица силы - ньютон
Единица давления Н/м2 - паскаль
Единица обьема - м3
Плотность - гр/(м3)
Константы и переменные
Величина g - ускорение свободного падения
Vg - обьем груза
V - обьем газа в поплавке
S - площадь мембраны
P - атмосферное давление. начальное давление газа в поплавке
gl - глубина погружения центра колеса
R - радиус колеса
Mgp - вес груза в жидкости
Значения констант и расчет начальных значений
Значения констант взяты из справочников (плотность, атмосферное давление и.т.д.). Все значения размеров конструкции взяты с "потолка" и служат лишь для качественной, а не количественной оценки системы.
2
