для тех, кто читал и приниал обсуждение в прошлых постах - список внесённые изменений:
- другие картинки и чуть другие буквы в описании механизма и процесса.
- поплавок таки должен быть максимально лёгким, допустим 0,1 от плотности рабочей жидкости
- можно и нужно снять энергию так же от всплытия большого лёгкого поплавка, полностью погруженного в рабочую жидкость, и дать ему это сделать выше, чем было показано в прошлых версияхе и до того, как опустится поршень. А это сразу абсолютный выигрышь в КПД, но
тогда возвращается влияние силы архимеда на поршень - FAIL
найдено - BardMaliwan
- поршень опускается с уже долитой жидкостью под поплавком, и в процессе доливается уже совсев совсем немого жидкости просто для поддержки максимальной высоты столба жидкости
- ход пружины и объём доливаемой жидкости мог быть тоже больше, как и высота всплытия поплавка или жёсткость пружины, но это всего лишь пример, чтобы удобнее было смотреть и легче считать.
...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.
Если давление жидкости на пластинку Д на этих весах будет больше, чем воздействие веса груза Г через коромысло, то подставка отпадёт от сосуда и часть жидкости вытечет прежде, чем груз Г снова сможет прижать пластинку Д к нижней части сосуда С.
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.
Так же в верхнюю крышку механизма поместим механизмы приводов генераторов, чтобы снимать усилие от всплывающего поплавка.
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. - Привод генераторов или механизмы со встроенными генераторами
13. - Рычаги
14. - Генераторная турбина
15. - Клапан
16. - Ограничители
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
31. - Клапан
32. - Генераторная турбина
33. - Электрический насос
34. - Трубка
35. - Трубка
36. - Клапан
37. - Генераторная турбина
38. - Электрический насос
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.
Так же на направляющих есть ограничители высоты всплытия поплавка.
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.
Но поршень уже заранее зафиксирован фиксаторами относительно сосуда.
При этом так как поплавок почти такой же большой, как и сосуд, в котором он находится, получается, что сила Архимеда почти уравновешивает давление столба жидкости на поршень.
F(c) = pghS
F(a)= pgV
P=mg
Для удобства рачётов примем, что высота поплавка к высоте от поршня до уровня жидкости во внешнем сосуде относится как 100 к 101
Площади нижних и верхних граней поплавка относятся к площади верхней поверхности поршня как 100 к 101
Плотность поплавка относится к плотности жидкости как 1 к 10
Рабочая жидкость - масло, по вязкозти схожее с применяемым в двигателях внутреннего сгорания автомобилей или гидравлическая жидкость.
рисункок 2, открываются заливные клапана, соединяющие сосуд с внешней ёмкостью.
Одновременно снимается фиксация поршня с поплавком и поплавок всплывает под воздействием силы Архимеда.
F = F(a) - P
И на поршень уже не действует сила Архимеда, действующая на поплавок и масса поплавка, а всего просто столб жидкости.
F(c) = pghS
Встроенные в поплавок рычаги двигают привода генераторных механизмов или генераторов, встроенные в верхнюю крышку - Рисунки 3,4
При всплытии поплавка, замедляемом механизмом привода генераторов, рабочая жидкость начинает уходить под него, и чтобы уровень рабочей жидкости не падал, жидкость из внешней ёмкости в открытые клапана должна поступать с достаточной скоростью.
Это нужно, чтобы жидкость оставалась между боковой гранью поплавка и стенкой сосуда и высота столба жидкости, а так же действие силы Архимеда не уменьшилось просто так.
Далее, рисунок 4, поплавок упирается в ограничители на направляющих.
Для удобства расчётов примем, что поплавок поднялся на 1/10 от своей высоты.
Далее, рисунок 5, когда уровень рабочей жидкости в сосуде снова выровнялся с уровнем жидкости во внешнем сосуде, т.е стал максимальным, снимается фиксация с поршня.
Далее, рисунок 6, под давлением столба жидкости, который к тому же возрастает, пружина, удерживающая поршень, прогибается и поршень опускается вниз.
Но так как пружина жёсткая, то он пружина прогнётся лишь незначительно.
Для удобства расчётов примем, что поршень опустился на 1/10 от высоты поплавка.
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 движении поршня вниз, дополнительная жёсткость пружины возрастает от нуля до максимального значения вместе со сжатием, а высота столба жидкости, а значит сила его давления на поршень, изменяется лишь незначительно и было изначално уже большим.
Потому, чем ниже опускается поршень, тем меньше должно быть усилие, снимаемое с рычага, от самого максимального в начале и до нуля в конце, когда пружина прогнулась на максимальную величину.
Жёлтым цветом показано усилие, в идеальном механизме, без учёта потерь на трение, нагрев и тд, которое нужно полностью забрать из механизма для достижения максимального КПД.
Справа же усилие, которое пойдёт на сжатие пружины и при возвращении пружины в исходное состояние и следовательно при подъёме поршня обратно так же позволит нам получить энергию или выполнить другую полезную работу.
Рисунок 7 - Жидкость из внешней ёмкости заполняет пустоты между стенками сосуда и полавком, возникшие при движении поршня вниз. Чем быстрее жидкость заполняет эти пустоты. тем меньше недополученной энергии от механизма будет в результате чуть более низкой высоты столба жидкости, даящего на поршень.
Внимание!!! Как видно из рисунков 4, 7 и 8, 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 несомненно оказывает.
Если бы пружина была ещё жёстче, то соответственно долив дополнительной жидкости был бы ещё меньше, но для наглядности рисунков оставим все так, как есть.
Как только поршень достиг своей нижней точки, он тут же фиксируется фиксаторами. Таким образом пружина останется сжатой при снятии нагрузки с поршня.
Далее, рисунок 9 - сразу же после фиксации поршня открывается заливной клапан верхнего бокового бака и начинается слив рабочей жидкости.
При этом каждый раз сливающаяся жидкость приводит в движение свою небольшую генераторную турбинку.
Когда уровень жидкости опускается ниже, чем распложен впускной клапан верхнего бокового бака, рисунок 10, открывается заливной клапан нижнего бокового бака и продолжается слив жидкости.
Когда уровень жидкости опускается ниже, чем распложен впускной клапан нижнего бокового бака, рисунок 11, открывается заливной клапан верхнего насоса и дальше продолжается слив жидкости.
Одновременно с открытием клапана включается электрический насос, закачивающий жидкость во внешнюю ёмкость. Насос использует часть энергии, произведённой механизмом.
Далее, Рисунок 12, с падением уровня жидкости в ссосуде, поплавок так же начинает опускаться, выдавливая из под себя жидкость.
Как только поплавок опускается на поршень, рисунок 13, происходит их фиксация между собой.
Одновременно с этим уровень жидкости опускается ниже, чем распложен впускной клапан верхнего насоса, открывается заливной клапан нижнего насоса и дальше продолжается слив жидкости до тех пор, пока она полностью не будет слита.
Одновременно с открытием клапана включается электрический насос, закачивающий жидкость во внешнюю ёмкость. Насос использует часть энергии, произведённой механизмом.
Как только жидкость полностью слита, открываются фиксаторы, ужерживающие поршень в нижнем положении.
Далее, рисунок 15, сжатая пружина пружина толкает поршень вместе с поплавком вверх, так же двигая рычаг, закреплённый снизу за поршень, и рычаг совершает полезную работу, к примеру вращает привод генератора или передаёт усилие на любой другой механизм.
Важно, чтобы нагрузка на этот рычаг была достаточной, чтобы полностью использовать всю энергию сжатой пружины.
Как только поршень достигает своего изначального положения, как на рисунке 1, он фиксируется фиксаторами.
Далее, рисунок 17, открывается выпускной клапан нижнего бокового бака и рабочая жидкость заливается обратно в сосуд.
Далее, рисунок 18, открывается выпускной клапан верхнего бокового бака и рабочая жидкость заливается обратно в сосуд.
Далее, рисунок 19, открывается клапана, соединяющий внешнюю ёмкость с сосудом и недостающая часть рабочей жидкости заливается обратно в сосуд
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:
