Аннотация
Представлены результаты экспериментов по исследованию силового действия давления квадрупольного излучения вращающегося в среднем вакууме (0,05 Торр) динамически несбалансированного диска на подвижный экран и ответное силовое воздействия отраженного от жестко установленного экрана квадрупольного излучения на вращающийся диск.
________________________________________________________________________
Введение
В процессе обсуждения результатов ранее проведенных экспериментов по исследованию силового взаимодействия вращающихся динамически несбалансированных дисков в среднем вакууме [1, 2], а также силового действия давления квадрупольного излучения вращающихся дисков на подвижные экраны [3], оппонентами высказывались различные предположения относительно физической сущности наблюдаемых явлений. Например, высказывалось предположение, что “наряду с высокоамплитудными низкочастотными колебаниями дисков присутствуют высокочастотные, невидимые глазу и камере, но приводящие к периодическим столкновениям дисков. Отсюда и синхронность и нагрев”. Однако непонятна причина возбуждения таких колебаний, какой физический процесс их обуславливает. Поскольку ускорения частиц массы материала диска в этом случае (при высокочастотных колебаниях) будут значительными, возникает вопрос - какая сила это вызывает. Другим оппонентом высказывалось мнение, что имеет место некий “мультипольный изгиб тонкой пластинки, о которую бьется рамка”. Однако физическая сущность “мультипольного изгиба” ни как не обосновывалась, также как и причина его не наблюдаемости в этом случае на видеозаписи.
Целью данной серии экспериментов являлось продолжение исследования силового действия давления квадрупольного излучения вращающегося в среднем вакууме динамически несбалансированного диска, исследование его отражения от твердых тел (экрана).
Экспериментальное оборудование
Общий вид использованного экспериментального оборудования на базе вакуумной камеры, представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Общий вид экспериментального оборудования
Экспериментальное устройство включает в себя динамически несбалансированный диск диаметром 164 мм, толщиной 0,9 мм из алюминиевого сплава АМг3, вращаемый электродвигателем постоянного тока марки Д-12 ТФ (UН=27 В, n = 13000 об/мин, N = 13,85 Вт), около которого размещался плоский экран. Электродвигатель подключался к источнику питания постоянного тока В5-48, расположенному вне вакуумной камеры, позволявшему поддерживать заданное стабильное напряжение.
Электродвигатель крепился на стальной плите устройства, толщиной 18 мм. Экспериментальное устройство с помощью винтовых колонок установлено враспор внутри вакуумной камеры. Большая толщина стенок камеры (15 мм) и большая ее масса вместе с жесткой установкой устройства практически исключают его вибрацию в процессе вращения диска, имеющего динамический (моментный) дисбаланс. При проведении экспериментов обеспечивалась максимально возможная степень вакуумирования камеры, путем длительной работы вакуумного насоса марки АВЗ-20Д, позволяющего достигать остаточное давление в камере 0,05 Торр (парциальное по воздуху 0,005 Торр).
Исследование действия давления квадрупольного излучения
В первой серии экспериментов были продолжены исследования, изложенные в работе [3]. Целью экспериментов было выявление влияния пространственной ориентации оси вращающегося диска и расположения плоскости экрана на процесс их силового бесконтактного взаимодействия в среднем вакууме. Принципиальная схема и общий вид экспериментальной оснастки представлены на рис. 2.
а) б)
Рис. 2. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) экспериментальной оснастки с вертикальным экраном
1 - вращающийся диск, 2 – плоский экран, 3 – проволочное коромысло крепления экрана, 4 – ось качания коромысла
Ось вращения диска была горизонтальной, а экран (массой 16,4 г) был подвешен вертикально на проволочной рамке на расстоянии 1,5 - 2 мм от плоскости диска.
Экран 2 (рис. 2, а) установлен на проволочном каркасе коромысла 3 и имеет возможность свободного поворота (качания) во втулках 4, закрепленных на картонном основании. При этом, своими указателями поворота коромысло в исходном положении (угол поворота коромысла с экраном α = 0) упирается в основание, что исключает механический контакт экрана с диском. Картонное основание (плотный картон толщиной 2,5 мм) позволяет гасить микроколебания, которые могли бы передаваться на коромысло и, соответственно, на экран от работающего электродвигателя и вращающегося, динамически несбалансированного диска. Также, за счет демпфирующих свойств картона практически исключается упругий отскок экрана от основания (вместе с коромыслом) при их соударении. Размеры экрана в плане 50×40 мм, масса экрана 16,4 г. Экран 2 сделан съемным - надвигается и снимается с проволочного каркаса коромысла 3, что позволяло менять материал пластины экрана, обращенной к диску. С противоположных сторон экрана на его основании крепились пластины из разных материалов. Первая пластина - медь толщиной d = 0,3 мм, вторая пластина - алюминий толщиной d = 1,3 мм.
Как показали эксперименты, при подаче на электродвигатель напряжения питания U = 25 V, и раскрутки диска (140 - 160 1/с) наблюдалось циклическое отклонение экрана от диска. Угол циклического поворота проволочной рамки составлял порядка α = 30°- 45°. При увеличении напряжения питания электродвигателя до U=35 V, угол отталкивания экрана возрос до α=60°-75°.
Таким образом, с учетом результатов изложенных в работе [3], экспериментально установлено, что эффект силового воздействия вращающегося диска на экран проявляется независимо от пространственной ориентации оси вращения диска и плоскости экрана, т.е. это результат действия давления квадрупольного излучения вращающегося, динамически несбалансированного диска.
Процесс отталкивания экрана носит колебательный характер. Причиной импульсного отклонения экрана от диска является сильная зависимость величины давления квадрупольного излучения от величины зазора между диском и экраном [3, 4].
Исследование отражения квадрупольного излучения
Во второй серии экспериментов, целью было: определить происходит ли отражение квадрупольного излучения вращающегося диска от твердого экрана.
Экран был закреплен на жесткой и прочной консоли: стальной пластине сечением 5×12 мм (рис. 3). Консоль имела дополнительную опору из биметаллической проволоки, контактирующую с внутренней поверхностью вакуумной камеры – для исключения поворота консоли, зажатой гайками. К поверхности вращающегося диска была обращена медная пластина, толщиной 1,3 мм, закрепленная на картонной подложке.
а б)
Рис. 3. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) устройства с жестко установленным экраном
1 – вращающийся диск, 2 – экран, 3 – консоль крепления экрана
Как показали эксперименты, при установке экрана с зазором 1,2…1,5 мм от поверхности диска, после раскрутки диска при напряжении питания электродвигателя U = 30 - 35 V на его поверхности возбуждалась сильная изгибная волна (рис. 4), аналогичная той, что имела место при взаимодействии двух вращающихся в противоположные стороны дисков [1]. При этом также наблюдалась небольшая вибрация экрана, в том числе его медной пластины расположенной на картонной подложке. Наблюдаемая частота вращения изгибной волны на диске составляла 1…3 1/с (при собственной частоте вращения диска 150…170 1/с), а ее амплитуда достигала 1…1,5 мм. При этом, вследствие несовпадения частоты колебания экрана и частоты изгибной волны на диске, имел место их периодический механический контакт.
Рис. 4. Изгибная волна на вращающемся диске при его бесконтактном взаимодействии с экраном
Следы механического контакта оставались на поверхности экрана и диска. Однако, не смотря на значительное видимое (в том числе на видеозаписи) отгибание экрана вместе с консолью при его взаимодействии с волной на диске, сильного торможения вращения диска не наблюдалось.
При этом не возникал и характерный металлический звук контакта вращающегося диска с экраном, который, например, четко прослушивался, если вращающийся диск (имеющий осевое биение) касался экрана уже в момент начала вращения.
Это может быть объяснено наличием сильного отталкивания, обусловленного действием значительного по величине давления квадрупольного излучения [3], препятствующего плотному механическому контакту контактирующих поверхностей. Давления квадрупольного излучения в этом случае было недостаточно для полного исключения контакта, вследствие весьма жесткой установки экрана на консоли. Однако, вследствие действия давления квадрупольного излучения, непосредственное взаимное механическое давление поверхностей диска и экрана было невелико, что и обусловило незначительное торможение вращающегося диска и отсутствия сколь ни будь заметного акустического эффекта, обусловленного механическим контактом вращающегося динамически несбалансированного алюминиевого диска с медной пластиной экрана.
Следы механического контакта на диске и экране являются следствием возникновения изгибной волны на вращающемся диске и не синхронности колебаний (вибрации) экрана и вращения изгибной волны. Поэтому, механический контакт (проявляющийся в виде следов на диске и экране) не может быть причиной возникновения взаимодействия диска и экрана (возбуждения изгибной волны и пр.). Между диском и экраном был (и оставался после остановки вращения диска) гарантированный первоначально установленный геометрический зазор, исключавший их первоначальный контакт.
При установке экрана с зазором около 2 мм от поверхности диска, после раскрутки диска при напряжении питания электродвигателя U= 20 - 25 V, возбуждалась его высокочастотная изгибная вибрация с амплитудой до 1 мм. При этом изгибная вибрация периодически переходила в изгибную волну с амплитудой до 1 мм и частотой вращения 1-3 1/с (частота вращения диска составляла порядка 120-150 1/с). Вибрация экрана не наблюдалась. При этих условиях, механического контакта диска с экраном не возникало. Медная пластина экрана перед каждым экспериментом обрабатывалась мелкой шкуркой до получения матовой поверхности, на которой легко можно было бы зафиксировать следы механического контакта экрана с вращающимся диском, если бы они имели место в проводимых экспериментах.
При установке экрана с зазором более 2,5…3 мм от поверхности диска вышеописанный эффект не возникал. После раскрутки диска даже при высоком напряжении питания электродвигателя (U= 35 - 40 V) и большой частоте вращения диска (до 200 1/с), изгибная волна на его поверхности не возбуждалась, т.е. изгибная волна является следствием силового взаимодействия вращающегося динамически несбалансированного диска и экрана. Силовое действие квадрупольного излучения резко снижается с увеличением зазора между объектами вследствие экранирующего действия остаточной среды в вакуумной камере, что подробно рассмотрено в работе [4].
Поскольку экран практически неподвижен (в ряде случаев, при малых зазорах, есть небольшая вынужденная вибрация), то он не может генерировать значительного массовариационного излучения. Поэтому возбуждение изгибной волны на диске является следствием отражения от поверхности экрана квадрупольного излучения самого вращающегося динамически несбалансированного диска. Если бы имело место полное поглощение экраном энергии квадрупольного излучения, то наблюдалось бы только ранее установленное отталкивание экрана от вращающегося диска, но не возникало бы ответное действие экрана на диск, приводящее к возбуждению на нем изгибной волны.
Отраженное от экрана квадрупольное излучение создает силовое воздействие на диск, вызывая его изгибную волну. Поэтому при отсутствии экрана или его размещении на расстоянии, достаточном для поглощения энергии квадрупольного излучения воздушной средой, изгибная волна на вращающемся диске не возникает. Полученные результаты дают основание сделать, что квадрупольное (массовариационное) излучение обладает способностью к отражению от твердых тел.
Величина силового взаимодействия вращающегося динамически несбалансированного диска с экраном приводит не только к возбуждению сильной изгибной волны. Как показали измерения геометрии диска после 20 опытов (по вышеуказанной схеме), изначально плоская поверхность диска приобрела куполообразную форму (рис. 5), т.е. произошла пластическая деформация его материала (алюминиевый сплав АМг3). Высота купола составила примерно h=2,4 мм. Поскольку толщина стенки алюминиевого диска равна 0,9 мм, то, следовательно, стрелка прогиба образующей купола составляет около 1,5 мм.
Рис. 5. Форма образующей диска после его деформации давлением квадрупольного излучения, отраженного от экрана
Остаточную деформацию приобрела и медная пластина экрана, имеющая толщину 1,3 мм. Произошел отгиб ее углов и консольной части, расположенной за пределами картонной подложки.
Измерение геометрии дисков, ранее использованных в экспериментах с двумя встречно вращающимися дисками, показало, что высота их купола составляет примерно 3 мм, т.е. стрелка прогиба около 2,1 мм. Полученные результаты являются дополнительным подтверждением значительной величины давления квадрупольного излучения, ранее определенной в работе [3].
Видеосъемку вышеописанных экспериментов: процесса бесконтактного отталкивания вертикального плоского экрана, а также возбуждения изгибной волны на диске при его бесконтактном взаимодействии с жестко установленным экраном, вследствие действия давления квадрупольного излучения в среднем вакууме (0,05 Торр), можно смотреть на http://www.youtube.com/user/Begemotov#p/u .
Выводы
1. Эффект силового бесконтактного взаимодействия в среднем вакууме вращающегося динамически несбалансированного диска и экрана проявляется независимо от пространственной ориентации оси вращения диска и плоскости экрана, т.е. определяется действием давления квадрупольного излучения вращающегося диска.
2. Экспериментально установлено отражение квадрупольного излучения вращающегося динамически несбалансированного алюминиевого диска от жестко установленного медного экрана через его силовое действие, приводящее к возбуждению изгибной волны на диске.
Литература
- Самохвалов В.Н. Динамическое взаимодействие в вакууме вращающихся масс. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9530.html
- Самохвалов В.Н. Экспериментальное исследование взаимодействия вращающихся динамически несбалансированных тонких дисков / Торсионные поля и информационные взаимодействия – 2009. Материалы международной научной конференции. Хоста, Сочи. 25-29 августа 2009г. – М., 2009. – С. 320-335
- Самохвалов В.Н. Исследование силового действия квадрупольного излучения вращающихся масс на твердые тела http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10656.html
- Самохвалов В.Н. Экранирование квадрупольного излучения вращающихся дисков. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10008.html
|
|
 |