半体连接改变能量
内容摘要: 这是一种新机械;通过实验、计算,得出能量不被阻力消耗—— 它在工作时不产生阻力。
关 键 词: 概念 半体连接方法 计算 应用
一 概念:
1 整体连接:能量通过拉杆、链子…等传输,把这种传输方式叫整体连接.例如电机带动车床.
2 半体连接: 能量不通过拉杆、链子…等传输,把这种传输方式叫半体连接.例如 人走在运行的列车上,人从列车上得到量;船在海上航行,海浪给船一定的能量.这两个例子的特点是两者在相对运行中一个从另一个那里得到能量.
二 半体连接方法
3 图1、圆0半径R,OA是水平线上圆的半径,OB是铅垂线上圆的半径,那么OA垂直OB。以OB为直径画弧OB,在OB弧内下端有一球,若圆沿顺时针转180度,点B经点C到D点,球在OB弧内运动后,停止在O点旁。球在OB弧内被提高R后得到能量,这就是半体连接——球与弧OB是相对运动的,球在运动中得到能量。
4 图2、球在OB弧内运动的轨迹是以OB为直径画的半圆。
证明:如图3、(1)球与特殊半径(与水平面垂直的半径,下同)最大距离为R/2。因为当B转到任意一点N,过N做与水平线平行的直线交OB弧于S,得玄NS,NS≤R,显然球在NS的垂直平分线上。所以球与特殊半径最大距离为R/2。
(2)由于B点在圆上做有规则的曲线运动,球在弧内也做有规则的曲线运动。通过实验得这条曲线就是以OB为直径画的半圆。
5 球在运动过程中与特殊半径的平均距离为R/4。
证明:(1)球与特殊半径的最大距离为R/2,球与特殊半径的最小距离为0,两数平均为R/4。
(2)通过大量实验数据计算得球与OB的最大距离R/4。
6 把球的作用力通过直线传递(不使OC弧承受力)图4
(1)在OC弧C点处断开(不是割去一段)
(2)球在E点,过E点做平行于水平面的直线交特殊半径于F,在OE弧靠E点断开,这时球的作用力作用在EF上,既球的作用力作用在与特殊半径垂直的直线上。B点每转动一个角度,就能画出一条EF这样的直线。这样的直线有无数条,同时断开的点也有无数个。用以上方法就能使球的作用力通过直线传递。
7 运用方式,图5、(1)如图位置,在B点、E点各放入一个质量为2M的球。
(2)一个质量为M的物体自由下落,它产生的力作用在A点,但是A点的位置不随圆转动,即对圆产生作用力的空间位置不变。由于物体对圆产生了力,能使匀速转动的圆仍然转动(理由在后)。当物体下降的距离为R时,第二个物体重复第一个物体下降,接着第三个、第四个物体分别重复前一个物体的方式下降。当第四个物体下降R以后,E点的球、B点的球都能被提到O点的水平线以上;当E点的球被提到O点的水平线上后,B点的球被提到E点,这时在B点处再放一个质量为2M的球做补充——有一个球被提到O点,在B点就补充一个球,使圆内始终有两个质量2M的球。
三 计算(不计阻力)
8 用杠杆原理(力学)计算
(1)“7运用方式”转动的理由:阻力距R/4,动力距R,阻力臂等于MR,动力臂等于MR,能使匀速转动的圆仍然转动可证。
(2)从转动的角度计算,当四个物体分别下降的距离为R时(下降的总距离为4R),圆转动的角度α=4R3600/2πR≈229度。这说明当四个物体分别下降的距离为R时,有两个2M的球被提高到圆心水平线以上。
(3)从下落高度计算,当圆转动180度时,四个物体平均下落距离L=πR/4≈0.785R,这说明当物体下落0.785R时能把相当于本身质量物体提高R的高度。
(4)四个物体下降的距离4R,圆转动180度的距离πR,它们的差等于4R-πR≈0.86R>0。
9 用功能原理计算
在A点施加力F,圆沿顺时针转动180度,用“7运用方式”办法把两个球提升到O点,但施力点不随圆运动,即施力点在水平半径上不动。根据杠杆原理FR=1/4*R4Mg,当F=Mg时能使匀速转动的圆仍然转动。圆转动180度时的长度S =πR(球运动的长度+被提起的高度总和小于S),F做功W1,W1=FS=MπRg;被提升到O点的两个球自由下落,下落距离为R时产生的能量W2,W2=4MRg,两能量差W=W2-W1=MRg(4-π)≈0.86MRg>0。
如果不考虑质量,8中的(4)和9的计算结果相同,既都等于0.86R
以上两种计算都说明:半体连接改变能量——半体连接,能量不被阻力消耗;半体连接,物体下落时能够把大于本身的重物提到相同的高度
四 应用
10 应用时可以设计成当球到O点旁自由下落,在下落的过程中产生的能量通过A点传到圆上。到B点时进入OB弧内(这个设计很简单)。每个圆内放四个OB弧(图6),每一根轴上按多个圆。
11 以上没考虑阻力,摩擦系数K<(4-π),此设计成功——摩擦系数K一定小于0.86。
辽宁省海城市西四中学 陈荣华
2009-6-8
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