Hassan Amiri        نویسنده : حسن امیری

حرکت آزاد

1-حرکت آزاد در حرکت جِرم در خط مستقیم ( حرکت لَخت )

حرکت آزاد در حالت های مختلف از حرکت یک جِرم ، در شکل های مختلف وجود دارد. رایجترین شکل حرکت آزاد یک جرم, حرکت در مسیر مستقیم است، هنگامیکه هیچ نیرو و گشتاوری به آن وارد نشود ویا تحت تاثیر نیروهای اطراف خود نباشد , جِرم می تواند تا ابد به حرکت خود ادامه دهد. این حرکت را می توان با قانون اول نیوتن یعنی قانون « ماند » یا « لَختی» توصیف کرد. ( در طبیعت تعامل پیچیده ای بین تمام ذرات عالم وجود دارد وحرکت آزاد بصورت مطلق وجود ندارد ونسبی است و هر ذره ای به اندازه توان و فاصله , تاثیر خود را بر ذرات دیگر میگذارد )

2- حرکت آزاد در حرکت یک جِرم در مسیر غیر مستقیم ( حرکت غیر لَخت )

حرکت آزاد در حرکت غیر لَخت یک جسم در شکل های متفاوتی وجود دارد.   اگر یک جِرم سرعت حرکت خود را حفظ نماید و هم زمان نیرو و گشتاور خود را به جسم دیگری منتقل کند ولی هیچ نیرو و گشتاوری از طرف جسم دوم به آن وارد نشود ، این جسم در حال حرکت آزاد است. برای مثال  ژیروسکوپ یک وسیله دارای حرکت آزاد است . این حرکت در حالتی شکل می گیرد که محوری که جِرم حول آن می چرخد ، خود حول محور عمود بر محور چرخش دوران کند. ژیروسکوپ به دلیل داشتن گهواره , بدون تاثیر هرگونه گشتاور خارجی ، آزاد می گردد. در واقع اجسام در حال حرکتی که بر روی  یک تکیه گاه لولا شده باشند دارای حرکت آزاد هستند. پاندول ، تابِ بازی ، دروازه ای که بر تکیه گاه خود لولا شده و نیز یک سامانه گریز از مرکز که بر تکیه گاه خود لولا شده ویا دوجسمی که بر روی یکدیگر سوار شده باشند ولی به یکدیگر پین نشده باشند و با یک نیرو به حرکت در آورده شده باشند , یا نیروی محرکه آنها یکی باشد , نسبت به هم دارای حرکت آزاد هستند.                                                                                 

3- حرکت آزاد غیر لَخت در سیالات

 در این شکل از حرکت آزاد هنگامی که نیرو یا گشتاوری به جسم سیال وارد می شود ، جسم سیال متحرک از مسیر خود منحرف می شود. ولی کاملا از جهتی که نیرو به جسم سیال وارد شده پیروی نمی کند. مانند سیال در حال حرکتی که در یک مخزن وجود دارد. ( این حرکت را همه ما زمانی که لیوان آب را در دست گرفته ایم مشاهده کرده ایم.) در این نوع حرکت آزاد , سیال مایع درون مخزن به هر جهت حرکت می کند و نیرو و فشار خود را در هر لحظه به نقطه ای از مخزن وارد می کند.  ( از این شکل از حرکت آزاد سیال مایع به صورت کنترل شده و بدون تداخل امواج با مهار حرکت سیال دریک مسیر مستقیم رفت وبرگشتی در یک مخزن در اختراع تولید و باز یابی  انرژی به وسیله موج و بازتاب موج در سیال مایع استفاده شده که شرح آن قبلا در این سایت اطلاع رسانی شده.   

scientaview.com

https://www.linkedin.com/in/hassan-amiri-94b50098 )

انرژی آزاد در حرکت آزاد

تولید انرژی از روش های گوناگون شیمیایی از مواد سوختی مانند نفت و گاز و ذغال سنگ و هیدروژن و یا انرژی های طبیعی مانند خورشید و باد و زمین گرمایی و ... والکترو مغناطیس و اتمی و . . . صورت می پذیرد و به شکل های مختلف انرژی های حرکتی و گرمایی و الکتریسیته و  . . . برای مصرف تبدیل میشود. انرژی حاصل از تعامل و یا واکنش دو یا چند عامل است که ماهیت این عوامل ثابت میماند گرچه ممکن است که ظاهر ویا ترکیب عوامل ایجاد انرژی تغییر کند . مثلا اگر سوخت در موتور یک اتومبیل بسوزد یک واکنش  شیمیایی گرما زا رخ داده و انرژی گرمایی تولید شده , ولی در خروجی اگزز همان مواد موجود در سوخت را با یک ظاهر ویک ترکیب متفاوت داریم . در مکانیک؛ توان ، انرژی ،  نیرو ، گشتاور و ممنتم ابعادی از حرکت جِرم در یکای زمان و تغییر مکان یا مسافت است. موضوعی که در تمام روشهای رایج تولید وتبدیل انرژی مهم و مشترک است ، انتقال و تبدیل این انرژی ها به صورت مستقیم و درگیر است که ایجاد استهلاک و هدر رفت و مصرف انرژی منبع تولید در این روش ها اجتناب ناپذیر است. به طور معمول تبدیل این انرژی ها از طریق ایجاد گرما و استفاده مستقیم  از حرارت برای ایجاد فشار در مخازن تحت فشار و موتورهای درون سوز و بیرون سوز و استفاده از نیروی ایجاد شده توسط این انرژیها برای چرخاندن توربین ها و یا انتقال مستقیم  نیروی این انرژی ها توسط سیستم های مکانیکی مانند : چرخ دنده ها ،چرخ زنجیر، فولی، اهرم، پیستون ، فنر و یا به گردش درآوردن موتور های الکتریکی. . . و یا انتقال انرژی از طریق تکانه صورت می پذیرد. طبق قوانین فیزیک کلاسیک ومکانیک رابطه مستقیم بین تولید انرژی و تبدیل آن به انواع انرژی ها یا نیرو , گشتاور , توان و ممنتم وجود دارد و تناسب بیشتر این روابط و فرمول ها از طریق آزمایش ها و تجربه به اثبات رسیده است. در این شکل از تولید و مصرف انرژی علاوه بر مصرف توان نامی و یا انرژی محرک سیستم ، انرژی مستهلک شده نیز به شکل های مختلف مانند حرارت و اصطکاک در منبع مصرف وجود دارد که به همین  دلایل هیچ گاه نمی شود در یک سیستم تک افتاده ( Isolated system ) که انرژی را به صورت مستقیم منتقل می کند، انرژی مفید بیشتر و یا حتی برابر با انرژی ورودی سیستم ایجاد کنیم.

برای دست یابی و تولید انرژی آزاد به نوع دیگری از انتقال انرژی نیاز داریم که در اینجا آن را « انتقال غیر مستقیم انرژی در حرکت آزاد » می نامیم. در یک سیستم حرکت آزاد , اجسام درحال حرکت می توانند اثر متقابل بر یکدیگر داشته باشند، بدون آنکه چگونگی حرکت آنها در جهت اعمال نیروی مستقیم  سیستم مقابل شان باشد. به عبارت دیگر هنگامی حرکت آزادشکل می گیرد که یک مرجع درون یک مرجع دیگری حرکت کند و بتواند نیرو یا گشتاور خود را به مرجع مقابل وارد کند. ولی هیچ نیرو و گشتاوری از مرجع مقابل دریافت نکند. << این شکل از ارتباط بین دو مرجع بر خلاف قانون عمل و عکس العمل است >> . قانون سوم نیوتن یا قانون عمل وعکس العمل در

 حرکت های انتقال مستقیم به روش های درگیرو دارای اتصال سخت وجود دارد . (  مانند انتقال های مکانیکی و یا الکتریکی  . . . رایج در ماشین های مختلف) در انتقال غیر مستقیم انرژی در حرکت آزاد , انرژی محرک سیستم مصرف نمی شود زیرا بین دو مرجع ، اتصال سخت وجود ندارد و طبق قانون اول نیوتن، جسم در حال حرکت انرژی جنبشی خود را حفظ می نماید. 

درخصوص این طرح، انتقال نیروی کششی سامانه گریز از مرکز (Fc) مد نظر است و نه توان و انرژی جنبشی و ممنتم و گشتاور و نیروی محرکه (F) جسم در حال حرکت دورانی. 

قبلا در مقاله تولید انرژی از طریق امواج ، شرح داده شد که هرگاه در یک سیستم انرژی تولید می شود و یا یک جِرم در حال حرکت است ممکن است شکل های مختلفی ازتوان , انرژی , نیرو به صورت هم زمان به وجود آید و می توان از هر یک از آنها به صورت جداگانه استفاده کرد. در محاسبات یک سامانه گریز از مرکز اثبات میشود که یک سیستم دارای دو نیروی متفاوت است. یعنی :

1-    نیروی محرکه درونی سیستم (F) 

2-  نیروی کششی گریز از مرکز (Fc)

  درمحاسبات ریاضی مشاهده می شود که نیروی کششی گریز از مرکز (Fc) بسیار بزرگتر از نیروی محرکه  (F) در همان سیستم است و با افزایش سرعت دوران و به توان رسیدن کمیت سرعت (V2) ، نیروی (Fc) به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و چند برابر می شود. استفاده از این مقدار نیروی کششی (Fc) آن هم بدون  از دست رفتن انرژی جنبشی سیستم (E  یا K)  , انرژی خروجی بسیار بزرگتر از انرژی ورودی سیستم ارایه می دهد. (انرژی مستهلک شده در قطعاتی که به صورت مستقیم درگیر هستند طبق قوانین فیزیک کلاسیک ومکانیک محاسبه میشود)

نیروی گریز از مرکز (Fc) CENTRIFUGUL FORCE

نیروی گریز از مرکز یک موضوع جا مانده در علم فیزیک و مکانیک است و تا به حال تحلیل درست و یکسانی درباره آن صورت نگرفته و اختلاف نظر بسیاری در آن وجود دارد و بیشتر آن را یک نیروی مجازی یا شبه نیرو (FICTITOUS FORCE) می دانند. یکی از این تعاریف می گوید که شبه نیرو یک نمایش نیروی غیر واقعی است که هنگامی دیده می شود که ناظر در یک دستگاه مرجع لَخت قرار نداشته باشد، یعنی مثلا در یک دستگاه مرجع چرخان باشد.  در صورتی که مقدار این نیرو قابل محاسبه با فرمول (Fc = m.r.ω2 ) و قابل اندازه گیری با نیرو سنج است که نشان می دهد این نیرو واقعی است و وجود دارد .

<< در هر جایی که نیرو وجود داشته باشد، توانایی انجام کار در آنجا هست و یا این نیرو می تواند عامل تامین انرژی یک سیستم  باشد. ازآنجا که باید هر نیرویی را در محلی که ایجاد شده و یا نقطه اثر آن نیرو مهار کرد , نیروی گریزازمرکز را نیز باید در محل ایجاد آن , یعنی در نقطه خارجی مرکز دایره دوران جِرم بدست آورد. >>

یکی دیگر از عواملی که باعث عدم پیگیری نیروی گریز از مرکز (Fc) است عدم تعادل معادله این نیرو با معادله نیروی محرکه (F = m .a ) در یک سامانه چرخشی است و استفاده از آن تعادل در معادله های کنونی حرکت ( توان , انرژی , نیرو و ممنتم) را بر هم می زند و اعداد و معادله های جدیدی ارایه می دهد.

<< نیروی گریز از مرکز(Fc) یک نیروی واقعی و مستقل است که براثر حرکت جِرم در حال دوران , در نقطه خارجی مرکز دایره یا منحنی دوران شکل می گیرد و جنس آن از جنس نیروی کششی است و همواره تمایل به حرکت به سمت خارج از مرکز دایره یا منحنی دوران و میل به حرکت در خط مستقیم در راستای عمود بر مرکز محور دوران را دارد ونیروی خود را بر مرکز محور دایره دوران وارد میکند. به عبارت دیگر جِرم دوران کننده به دلیل اتصال مرئی مانند نخ یا نیروی نامرئی مثل جاذبه یا مغناطیس به مرکز دایره دوران مجبور به ادامه حرکت دورانی است و نقطه اثر این نیرو , مرکز دایره دوران است و درصورتی که عامل اتصال ازمیان برداشته شود جِرم در حال دوران در یک خط مستقیم در خارج از محیط دایره دوران به حرکت خود ادامه خواهد داد و مانند یک پرتابه عمل میکند و نقطه اثر این نیرو , نقطه ای در فضا و در راستای عمود بر مرکز محور دوران است و در این صورت ماهیت حرکت دورانی یا غیر لَخت به حرکت در خط مستقیم یا لَخت تبدیل خواهد شد. >>