人生に悩み事はつきものですが、中学生レベルの物理の問題で未だに理解できない問題があるという事は本当に許容しがたいものがある。しかし、解らないものは解らない、だれか答えを知っていたら教えて...
まず下の図のような構造を考える、
ピストンを水中に沈める。そしてそのピストンに重りでF=１０ｋｇ・ｇの力を加える。左の場合は加えた力で空間が出来るはずだ。右の場合はもちろん空間は出来ない。
ここでの一つ目の疑問は、こうして出来る空間と与える力Fとの関係だ。トリチェリの真空実験で考えれば水銀の７６０ｍｍより上は真空になる。その出来る真空の容量は、ガラス柱の大きさに依存するだけでいくらでも大きくなる。 （水中でこのような空間が出来る事は小学校の先生が実験して確認しているので参考にされたし； http://www2.nsknet.or.jp/~mshr/report/genatu.pdf ）
これを水中で行った場合は、F=大気圧＋水圧 で釣り合うだろう。そうなると浮力は押しのけた水の重量に等しいので左の系ではρVの浮力が生じる。
ここまでは納得でしょうか？ しかし、これが本当なら永久機関が出来るのです。
上の図の構造をベルトで多数繋いで下図のような機構を作ります。ベルトの左側は浮力が生じ浮き上がろうとし、右側は浮力が無いので沈みます。
回転上端と下端ではちょっと考慮が必要な動きをしますが、このチェーンを例えば100組繋いだとすると充分な浮力が生じるので上端、下端での動作は無視することが出来る。もし100組でダメなら１０００組、なんなら1万ｍ繋いでもよい。１００：１或いは１０００：１の効果は当然無視できると思います。
これが、私がなぜ動作しないか解らない永久機関なのです。ちなみにこれを発案したのは量子力学で有名なハイゼンベルグで、ハイゼンベルグの永久機関と呼ばれています。これをwebでググッてもろくな回答が無いのです。上端と下端で重りの移動する際の反作用で回転をキャンセルするとか、上端、下端で水圧が違うので仕事量の差でキャンセルするとかの尤もらしい事を書いてはいるが、それが左側全体の浮力と釣り合う訳がない事は明らかでしょう。そんな説明では全く納得がいきません。
よく考えるとF=大気圧＋水圧だとすると平衡点は水深のある一点でしかない。それより下だと圧力が重りより大きく空間は出来ないし、上だと圧力が重りを支えきれずに下に抜けてしまう。この問題を回避するには重りを最下点の圧力で平衡するようにして、それより上の水深では重りがストッパーで止まる様にすれば良い。また、上端下端では回転偶力が発生すると思われるのでもう少しマシな絵を書いてみた。
このイメージが正しければ回転モーメントは上端、下端のそれぞれの左右で打ち消しあって問題にならない様に見える。やっぱり解らない... ただひとつ言える事は上図の左下の部分では断熱膨張による吸熱が起り、逆に右上では発熱する。つまり、これが連続運転すると海水の下部が冷やされ上部が温かくなるという熱輸送が起るはずだ。そうなるともしかすると、このシステムは第二種の永久機関なのかもしれない。
いずれにせよ、だれか正しい答えを知ってたら教えて... これが解らない限り成仏出来ません
http://blog.goo.ne.jp/pgpilotx/e/835f0fd2eeed2e8184500f93ef33c31c
数式は苦手ですから、数式で説明はできませんが、今回の永久機関のモーメントが左右で、平等だと言えるのは観覧車のゴンドラのようシリンダーがに常に同じ方向を向いている場合です。これだと中に乗っている人はゴンドラ内のベンチに座ったままで動かないですから。
今回のケースではゴンドラの支点は固定されていてゴンドラ内の人はベンチから転がり落ちてしまうでしょう。
転がり落ちないようにシートベルトでベンチに体を固定しなければいけません。
つまり、シリンダー内でピストンが動かないように固定されていれば回転運動は保存されて、摩擦がなければ一度回せば回りつづけるのでしょうが、今回のケースではピストンは動きますから右側ではシリンダーヘッドの方にピストンがあり、左側ではシリンダーの解放部の方にピストン（重り）があることになります。直観ですが、この場合は左右でモーメントが釣り合っているとは言えないと思うのです。
試験管の片方にパチンコ玉が糊で固定してあれば一回、回せば摩擦を無視すれば永遠に回り続けるはずです。
しかし、パチンコ玉が固定されていないケースではそうはならないでしょう。パチンコ玉は試験管の底にぶつかって底を割ってしまうかもしれません。その試験管を割ってしまう力はどこから来ているのでしょう。
右側のシリンダーでは落下運動するピストンが底に着くときにシリンダーを加速するかもしれませんが、左側ではピストンの落下運動はシリンダーの体積を拡張することに使われると考えます。
今日は少し用事があるので朝はこれ以上書き込めないかもしれません。 ではまた。
お大事に
この場合、ベルトを延長すれば浮力がいくらでも増えるという私の認識は間違いでしたね。
おやすみなさい。
また明日。おやすみなさい。お大事に
そして睡眠不足の夜は続くのです
これがベルトでつながって連続的に起るわけですから打消しあってゼロになると思いませんか。
これ以上言葉で概念的な議論を続けても結論は出ないと思います。私の図３上でWの左向きの回転力が発生する条件を示してもらえませんか？
試験管を上下反対に１８０度回転させるためにはパチンコ玉を持ち上げる力を加えなければいけません。
パチンコ玉は転がり落ちるので、試験管を１８０度回転させるときには常にパチンコ玉を持ち上げる力が要ります。
シリンダーに着目すると上点、下点でピストンを持ち上げる力が必要になります。ピストンが落ちてくる力はシリンダーの体積を変えて浮力を創り出すことに使われているのですが、コンベアの左右の浮力の差だけではシリンダーを倒置させる閾値を超えられないのです。
私の想定は記事の3番目の図のとおりで、あの図の上下点でWが左一方だけに架かるという状況は考えにくいのですが...
いえいえ、下点で１８０度方向を変えるシリンダーを想像してください方向を変える際に上点であっても下点であってもシリンダーの底にある重りを重力に逆らって反対側に持ってこなくてはならないのです。
もし、あなたの言う事が正しければ浮力が無い状態、つまりこのシステムを水から出してしまえば左回りの永久機関が出来てしまいますね。
ピストンが動くことによって増えた体積だけ浮力が右側より左側が多くなるということです。
上点で回転するシリンダーの中でのピストン（重り）の動きを想像してみてください。シリンダー底にあったピストンが反対方向に動くわけです。この時にｗの重力に打ち勝つだけの合計浮力が左側に発生していなければコンベアは動かないはずです。
そして、合計浮力ｎｐｓLはピストンをシリンダーの下から上へ持ち上げる力ｗには達しないのです。
Wの絶対値ではなく、左側の総重量と右側の総重量あるいは回転モーメントの差が、浮力より大きいことを証明しない限り説明にはならないと思います。
数式は苦手ですが言葉では説明できないので簡単な不等式で説明します。
ｗ…ピストンの重量、 ｐ…水の密度、 ｓ…ピストンの底面積
ℓ…ピストンのストローク、 ｈ…下点の深さ
ｎ…左側にあるシリンダーの数
めちゃくちゃな文字の使い方かもしれませんが苦手分野なのでお許しください。
条件①
ｗ≧ｐｈｓ＞0 ピストンにかかる水圧ｐｈｓがｗを超えるとピストンはシリンダーの上部に貼りついたままになる。
条件②
ｈ≧ｎℓ＞0 下点の深さｈは左側にあるシリンダーの数ｎにシリンダーのストロークℓをかけたものより当然長い。
条件①と②より
w≧ｐｈｓ≧ｐｎℓｓ
ｗ≧ｐｎℓｓ
ｗ≧ｎｐｓℓ 1つのシリンダーの浮力ｐｓℓに個数ｎをかけたもの、つまり左側の合計浮力はｗを超えないことになる。
上点でシリンダーが１８０度倒置する際、ｗを持ち上げなければならないが浮力の合計よりｗが重いからコンベアは回転しない。
と思うのですが自信はありません。
お大事に
まず、浮力ですが空気を送り込まなくても、重りでピストン内部に真空領域が出来ることでも発生します。水圧＋大気圧よりｍｇが大きければピストン内部は真空になります。要は真空であれ空気であれ、押しのけた水の重さに等しい浮力が発生すると言うことです。
つぎに仕事ですが仕事の単位はN・ｍで、力と移動距離の積です。浮力はF=ρVgの力を発生し、それが下点から上点に移動する事でN・ｍの仕事をします。
蓋がなくて水が満たされていればそうですが、水の入ったボトルでは浮力は発生しませんね。ポンプで空気を送り込んでやれば浮力が生まれるのでしょうが
浮力は左側の全ての部分で発生しますが位置エネルギーと同じで止まっている限り仕事はしませんよね。
後は今晩考えます。
朝の貴重な時間を割いていただきありがとうございました。
いっぽう、浮力は左側の全ての部分で発生します。つまり、この機構を長くするだけ浮力は増えるが端点での仕事量は変わらないと言うことであり、長くすればするほど浮力が優越することにはなりませんか？
しかし、蓋のしてないペットボトルを沈めるのには仕事は必要ないですよね。
ベルトの右側は蓋のしていないペットボトルの状態だと思います。
その浮力を利用して仕事をしても沈めるのに使ったエネルギー以上のものは生まれてこないと思います。
ピストンを押し下げた位置エネルギーはシリンダーを回転させる際に元に戻され、そこで使われる仕事でコンベアは回転しないだろうと考えます
御指摘の上下点での回転力合計がゼロだとしたら左側で発生する浮力を打ち消す事は出来ないと思いますが...
ベルトコンベアの上下端ではシリンダーを回転させるためにピストン（重り）を持ち上げなければなりません。
ここで位置エネルギーを元に戻しているわけです、この仕事のためにベルトコンベアは回転しないと思うのです。
ピストンの移動が影響するとするとアルキメデスの原理F=ρVｇのうち重力加速度ｇですね。自由落下でｇ＝０となりますのでピストンが下に移動する場合は０から９．８m/sの間の正値を取ります。この場合、浮力はたしかに若干小さくなると思います。
ただ、このご指摘も回転偶力と同じで左下の一点でのみ起る現象で残りの左側全てで発生する浮力合計を打ち消す効果は無いのではないでしょうか。
左側ではピストンが移動中はピストンが下からの圧力を受けてしまうのでベルトが受ける力はシリンダーが上から受ける水圧の圧力だけだととおもうのです
右側は水圧が低いベルトコンベアーの上端でピストンが動き、左側では水圧が高い下端で動くので左側ではベルトが上から押されることになると思うのです
浮力の説明は水中の物体の体積が変わっていく途中では成り立たないのではないでしょうか
これに対して厚さがある場合はその厚さの分だけ下からの水圧が大きくなります。これが浮力です。水のような非圧縮性流体の場合は水深によって密度ρは変わらないので容量Vが一定なら、浮力はどの水深でも一定と言うことになります。
左右で相殺している様に思えますが、右は水圧が低く左は水圧が高いので
左の方が上から押される力が大きいのではないですか
睡眠不足になります
加速のご指摘ですが、ニュートン方程式ではF=maであり、浮力はアルキメデスの原理からF=ρVｇですのでこれを合わせるとρVg＝ma －＞ a=ρVg/m と言う事になりますね。これだとV=0で無い限りaは正の値を取りそうです。つまり回転力が発生すると言う事ですね。
もちろん回転すると水の抵抗でF=Vαがかかって来るので速度は一定になると思います。
そういえばｍｇ＝（大気圧＋水圧）ｓでV=ｓｌ （L+ｌ）ρ＝水圧だから... 続きはしらふの時に考えます。
浮力とは水中の物体にかかる上からの水圧と下からかかる水圧の差であると考えました。
問題は回転を始めるときに左側は加速の分だけピストンが重くなること、右は逆に軽くなること、
これが回転を等速運動にしていて、エネルギーを取り出そうとすると止まってしまうのでは
何となくもやもやしているのでご教示ください