Г. Шипов - Теория физического вакуума в популярном изложении

а) поступательная сила инерции:

F 1= (М + 2m)х''

б) проекция двух вращательных сил инерции на ось Х:

F 2= - 2mrw 2cosф - 2mrw' sinф.

Рис. 46. Принципиальная схема четырехмерного гироскопа.

Сумма этих сил равна нулю, поэтому центр масс четырехмерного гироскопа покоится или движется равномерно и прямолинейно, а ускоренная система отсчета, связанная с ним, оказывается локально инерциальной системой второго рода.

Изменить скорость центра масс четырехмерного гироскопа можно двумя способами:

1) подействовать на тело Мвнешней силой, что приведет к изменению силы F 1и нарушит баланс сил инерции;

2) изменить угловую скорость вращения w, что приведет к изменению силы F 2и так же нарушит баланс сил инерции.

Изменение скорости центра масс четырехмерного гироскопа, используя второй способ (без внешнего воздействия), можно осуществить на практике, если смонтировать на теле Мустройство (мотор-тормоз), которое будет менять угловую скорость вращения грузов в нужном секторе углов. Управляя с помощью мотор-тормоза силами инерции внутри четырехмерного гироскопа, мы получим движение его центра масс.

В России подобное устройство было сконструировано инженером В.Н. Толчиным ( рис. 47 ).

Рис. 47. Инерциоид Толчина.

Рис. 48. График не скомпенсированной силы инерции, действующей на центр масс четырехмерного гироскопа.

Рис. 49. Демонстрация результата работы мотор-тормоза. Не скомпенсированная сила инерции F с, созданная мотор-тормозом, действует на центр масс инерциоида.

Расчеты показывают, что не скомпенсированная сила инерции наиболее эффективно действует на центр масс инерциоида вблизи углов вращения 0° и 180° (см. рис. 48 ).

Обычно движение инерциоида начинается из состояния покоя его центра масс и с углов вращения грузов в секторе 180° - 330°. Когда вращающиеся грузы подходят к углу вращения 330° мотор-тормоз начинает ускорять вращение грузов (см. рис 49 ). Ускорение вращения идет в секторе углов 330° - 360°. В это время, длящееся для реальной модели, изображенной па рис. 47 , всего 1/16 сек., тормозная колодка с пружиной действует на ось вращения грузов, нажимая на тормозной кулачек, жестко укрепленный на оси (см. рис. 49 ). В секторе углов 330° - 360° вращательная сила инерции F 2= - 2mrw 2cosф - 2mrw' sinфпревосходит поступательную силу инерции F 1= (М + 2m)х'' и центр масс начинает двигаться под действием не скомпенсированной силы инерции F с. Далее, в секторе углов 0° - 150° работа мотор-тормоза прекращается, и силы инерции оказываются уравновешенными. В это время, длящееся примерно 0,2 сек., центр масс инерциоида движется с постоянной скоростью порядка 10 см/сек.

Когда угол поворота составит 150°, тормозной кулачек набегает на тормозную колодку. В результате происходит процесс торможения вращения грузов в секторе углов 150° - 180°, что приводит к нарушению баланса сил инерции и появлению не скомпенсированной силы инерции F с. Эта сила уменьшает скорость движения центра от 10 см/сек. до нуля. Начиная с угла 180°, мотор-тормоз перестает работать, поэтому при вращении грузов в секторе углов 180° - 330° силы инерции, действующие на центр масс, уравновешены, и центр масс остается в состоянии покоя.

Рис. 50. Экспериментальный график движения центра масс инерциоида Толчина.

Начиная с угла 330°, мотор-тормоз вновь ускоряет вращение грузов и весь цикл повторяется. На рис. 50 представлен типичный график движения центра масс инерциоида Толчина под действием работы мотор-тормоза. Из графика видно, что скорость центра масс меняется во время работы мотор-тормоза и остается постоянной (в среднем), когда грузы вращаются свободно. Этот факт не удается объяснить действием сил трения между колесами и подстилающей поверхностью, поскольку силы трения пассивны и их направление действия совпадает с одинаковым направлением движения колес и центра масс аппарата. Эксперименты показали, что на участке 2 есть область, где центр масс движется вперед, а колеса и корпус инерциоида движутся назад. Это доказывает непричастность сил трения к движению центра масс инерциоида.

Работы В.Н. Толчина были продолжены автором на основе научного анализа механических свойств четырехмерного гироскопа и инерциоида, построенного на его основе. Для этого был создан специальный стенд (см. фото II ), на котором проводились исследования абсолютно упругого удара корпуса четырехмерного гироскопа о стенку.