Вопрос для всех любителей физики, будет или не будет работать? Гидростатический парадокс + буй или поплавок, исправленное продолжение
Внесённые изменения:
- поплавок сделан максимально тяжёлым, примем, что его плотность равна 0,9 к плотности рабочей жидкости
- добавлен насос в верхнем сливном баке и трубка для отвода жидкости во внешнюю ёмкость
Внимание!!! интересуют комментарии только по существу, от тех, кто хотябы попробовал разобраться и дочитал статью до конца, а не от звёзд умников, определяющих годность статьи по названию.
Что будет, если вовнутрь сосуда, установленного на Гидрстатические весы Паскаля, поместить большой и лёгкий поплавок и закрепить его за отпадающую подставку? И потом отсоединить от подставки?
Для начала читателю нужно будет вспомнить, что такое гидростатическое давление и сила Архимеда, гидростатический парадокс Паскаля и собственно гидростатические весы Паскаля.
Если высота столба жидкости одинаковая и площадь дня сосудов одинаковая, то давление жидкости на дно сосудов будет одинаковым, даже если масса жидкости в них разная.
Далее мы напомним читателю, как примерно выглядели бочка с трубкой из опыта Паскаля.
И напомним, что давление на дно сосуда зависит лишь от высоты столба жидкости и площади дна этого сосуда и никак не зависит от формы бочки над дном или ширины той самой трубки.
Далее перейдём непосредственно к описанию механизма:
В гидростатических весах Паскаля отпадающую пружину заменим двигающимся поршнем, снизу закреплённым на жёсткой пружине.
Нижнюю чась пружины закрепим на жёстком основании, а внутри пружины через техническое отверстие в основании установим рычаг, одним своим концом соединённый с поршнем, а другим концом уходящим наружу из механизма и соединящимся где-то там либо с приводом генератора, либо с другими механизмами, чтобы снимать с нашего механизма усилие и совершать полезную работу.
Устройство механизма показано на рисунке 1.
1. - Труба, она же корпус сосуда, по которому двигается поршень.
2. - Поршень
3. - Жёсткая пружина
4. - Поплавок
5. - Крышка сосуда
6. - Основание
7. - Рычаг
8. - Направляющие для поплавка.
9, - Фиксаторы для скрепления поплавка с поршнем.
10. - Внешняя ёмкость с жидкостью.
11. - Фиксаторы поршня в нижнем положении в трубе.
12. - Генераторы
13. - Демпферы
14. - Генераторная турбина
15. - Клапан
16. - Электрический насос
17. - Трубка
20. - Бак для слива жадкости
21. - Клапан
22. - Генераторная турбина
23. - Клапан
24. - Генераторная турбина
25. - Бак для слива жадкости
26. - Клапан
27. - Генераторная турбина
28. - Клапан
29. - Генераторная турбина
30. - Бак для слива жадкости
31. - Клапан
32. - Генераторная турбина
33. - Электрический насос
34. - Трубка
Примем, что отношение площади поверхности поршня к нижней грани поплавка будет 101 к 100.
Примем, что отношение высоты части сосуда между поршнем и верхней крышкой в момент, когда пруджина находится в состоянии покоя - рисунок 1 - будет к высоте поплавка как 101 к 100.
Размер поплавка максимально большой, чтобы при этом он мог поместиться в сосуде и не упираться в его стенку.
Чтобы поплавок не касался стенок сосуда и двигался строго вертикально, в поршне закреплены направляющие, проходящие через поплавок и верхнюю крышку сосуда.
Примем, что плотность поплавка равна 0,9 к плотности рабочей жидкости
Если снова вспомнить опыт Паскаля с бочкой и тонкой трубкой, то большой широкий и при этом очень лёгкий полый поплавок превращает бочку в тонкую трубку, только в виде трубки будет уже узкое пространство между внешней боковой поверхностью поплавка и внутренней поверхностью сосуда, в котором двигается поршень.
А маленькое пространство между поршнем и поплаком будет бочкой.
В начале, как показано на рисунке 1, поплавок скреплён фиксаторами с поршнем, но поршень и поплавок не плотно прилегают друг к другу и потому между ними сохраняется минимальная прослойка жидкости.
Поплавок полностью находится в жидкости, и сила Архимеда, действующая на него, так же воздействует на поршень и тянет его вверх. Вниз же на поршень давит высота столба жидкости в сосуде и собственно вес поплавка, который во много раз меньше веса жидкости в его объёме.
В этот момент пружина находится в состоянии покоя и удерживает на весу поплавок, поршень и жидкость.
При этом так как поплавок большой, и занимает почти все пространство над поршнем, получается, что сила Архимеда почти уравновешивает давление столба жидкости на поршень.
И столбом жидкости выше уровня верхней крышки сосуда нужно пренебречь, в реальной модели его можно сделать максимально близким к нулю, просто на рисунке он есть какой он есть.
Далее, рисунки 1,2, снимается фиксация поршня с поплавком и поплавок всплывает, сразу же упираясь в верхнюю крышку.
И на поршень уже не действует сила Архимеда, действующая на поплавок, так как он отсоединён от порншня.
Одновременно со снятием фиксации открывается клапан между внешней ёмкостью и сосудом, и дополнительная жидкость поступает в механизм. Это нужно, чтобы жидкость оставалась между боковой гранью поплавка и стенкой сосуда и высота столба жидкости не уменьшилась.
При движении вниз поршень так же толкает рычаг, закреплённый за него снизу, и этот рычаг делает полезную работу, к примеру вращает привод генератора или передаёт усилие на любой другой механизм. При этом, чем ниже опускается поршень, тем меньше должно быть усилие, вплоть до нуля, снимаемое с рычага, чтобы пружина прогнулась на максимальную величину.
В результате давление на поршень, а значит и пружину увеличивается, и поршень двигается вниз, сжимая пружину. Но так как пружина жёсткая, то он пружина прогнётся лишь незначительно и лишь небольшая часть доплнительной жидкости поступит в сосуд - рисунок 3.
Внимание!!! Как видно из рисунка 3, высота столба жидкости за счёт поступления дополнительной жидкости увеличилась лишь немного, и поступление внешней жидкости в механизм не является главной действующей силой, а больше нужной для поддержаия нужной высоты столба жидкости, хотя, тоже какое-то влияние на прогиб пружины она несомненно оказывает.
Примем, что пружина прогнулась на 1/10 от высоты поплавка.
Если бы пружина была ещё жёстче, то соответственно долив дополнительной жидкости был бы ещё меньше, но для наглядности рисунков оставим все так, как есть.
Далее, рисунок 4, поршень фиксирутся фиксаторами в своём нижнем положении.
И сразу же открывается заливной клапан верхнего бокового бака и начинается слив жидкости.
С падением уровня жидкости в сосуде поплавок, плотность которого примерно равна 0,9 от плотности жидкости, начинает опускаться, и выдавливать из под себя жидкость вверх вдоль граней сосуда.
Одновременно с открытием клапана в верхнем сливном баке включается электрический насос, закачивающий жидкость во внешнюю ёмкость. Насос использует часть энергии, произведённой механизмом
С падением уровня жидкости в сосуде поплавок, плотность которого примерно равна 0,9 от плотности жидкости, продолжает опускаться, и выдавливать из под себя жидкость вверх вдоль граней сосуда
Как только поплавок опускается на поршень , рисунок 5, он фиксируется фиксаторами с поршнем.
Когда уровень жидкости оускается ниже, чем распложен впускной клапан верхнего сливного бака, открывается заливной клапан среднего бокового бака и продолжается слив жидкости.
Затем, рисунок 6, когда уровень жидкости оускается ниже, чем распложен впускной клапан среднего сливного бака, открывается заливной клапан нижнего бака и завершается слив жидкости.
Одновременно с открытием клапана включается электрический насос, закачивающий жидкость во внешнюю ёмкость. Насос использует часть энергии, произведённой механизмом.
Далее, рисунок 8, окрываются фиксаторы. удерживающие поршень и сжатую пружину.
А насос в это время продолжает выкачиваться жидкость из нижнего бака во внешнюю ёмкость
Далее, рисунок 9, сжатая пружина пружина толкает поршень вместе с поплавком вверх, так же толкая рычаг, закреплённый снизу за поршень, и рычаг делает полезную работу, к примеру вращает привод генератора или передаёт усилие на любой другой механизм.
Важно, чтобы нагрузка на этот рычаг была достаточной, чтобы поплавок ударяясь в демпферы верхней крышки не разрушал механизм. Но и такой, чтобы поршень смог достичь своего верхнего положения.
Далее, рисунок 9-1, открывается сливной клапан среднего бака и рабочая жидкость заливается обратно в сосуд.
Далее, рисунок 10, открывается сливной клапан верхнего бака и рабочая жидкость заливается обратно в сосуд.
Далее, рисунок 11, открывается клапан, соединяющий внешнюю ёмкость с сосудом и ещё часть рабочей жидкости заливается обратно в сосуд, чтобы он был полный.
В результате, рисунок 1, сосуд с поршнем и поплавком снова полный.
На этом цикл заканчивается и начинается следующий, аналогичный предыдущему.
Ниже показано видео в движении.
