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zoom RSS 浮力を利用した巧妙な「永久機関」を紹介

<<   作成日時 : 2016/07/12 09:41   >>

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浮力を用いた永久機関の例として木車の左右半分をそれぞれ水中と空中においたものがある。
これは一般的には不可能であるとされる。

下図はnobuyukiさんという元大学教授による不可能の説明である。彼は「水圧が軸に向かうので浮力は生じない」と、「永久機関の話」の中でおっしゃるが、水圧の方向が浮力の方向を指すわけではなく、浮力は必ず上に向くものだ。


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私は、これは回転すると思う。ただし、木の車が持つ容積以内での稼働となり、効率が発生する。

回転するとした理由を下図に示した。上のブロックは水中の半円が必ず上に浮くことを示しており、水圧の水平方向成分には関係なく上方成分が働くことがわかる。
下のブロックは、木の車の左右を比重の違うものにして水中に入れたものである。車の右半分を重くして空中に於ける状態と模した。空中の半分には下方の力が働くもの。これを見れば、円周への水圧によって浮力が生じないとする元教授の説が否定されるであろう。

元教授(九州方面のお方)の説明の通りにはならないのだ。

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右の半円と左の半円にかかる浮力は等しい。ただ、質量の大きい方が下に回るだけのこと。

下の図で、浮力が上に向かうことを示した。
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 浮力は水圧に含まれる垂直成分で軸の垂直線に対する角度で決まり、上向きに作用する。下図を参照あれ。
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この図において、元教授は半円がそのまま動かないとするわけだ。

さて、これらのことを踏まえた上で空中にある半円のことも考えよう。こちらは水中にないのだから必ず下方へ動く。

もうこれ以上の説明は要らず、回転するはずである。以上

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コメント(6件)

内 容 ニックネーム/日時
これマジ?
これま
2016/12/03 01:16
この浮力を利用した回転装置は残念ながら回転しません。

〉〉浮力は水圧に含まれる垂直成分で軸の垂直線に対する角度で決まり、上向きに作用する。

これはその通りです。
しかし教科書のとおり、水圧は軸方向に働くためそれはトルクとなりません。
もし軸方向に働く水圧を浮力(鉛直)方向と水平方向への力に分解するのであれば、その水平方向の力のトルクも考えなければならなくなります。
こう考えると結局、浮力により生じるトルクと、水平方向に生じるトルクが釣り合い、全体としてのトルクは0となることが分かります。

簡単な力学の問題であり、教科書を読めばおそらく理解できるかと思います。
ぜひ一度力学や物理学の教科書を手に取ってみてください。
774
2017/03/27 23:40
浮力は形状に関係なく水圧の上下差だけで発生するものです。ですから、水平方向の力は無視しましょう。
774様のおっしゃるとおり水平方向の水圧が浮力に関わるのなら、球体だと、どんなに軽いものでも水中に浮かせることができなくなりますよ。
あなたの説に従えば、球体への水圧のすべてが軸に向くため浮力が生じないことになってしまうからです。
774様の教科書ってちょっとおかしいですよ。
エイボ
2017/07/01 03:08
ご返答ありがとうございます。

〉〉774様のおっしゃるとおり水平方向の水圧が浮力に関わるのなら

水平方向の力は浮力とは無関係です。
しかしこの場合トルクとは関係してきます。
「水圧の方向と浮力の方向の違い」の図をよくご覧になってください。
円盤にはより深い場所ほど大きな水圧が加わります。
つまり図の円盤においてはより深い場所ほど、より大きな右方向に円盤を押す力が生じます。
下へ行くほどより大きな力で右に押すわけですから、これにより左回転のトルクが生じます。
一方、上下方向への力はエイボ様がお考えのとおり右回転のトルクを生み出します。
結局これらのトルクは打ち消しあいトルクは生じないわけです。
これは水圧の方向がすべて軸方向を向いていることから明らかです。
そのままの力で運動を考えても、力の方向を分解して考えても結果は変わらないからです。
ご理解いただけたでしょうか?
774
2017/07/19 18:59
これはトルク以前の問題で、まず浮力の有る無しが前提です。
浮力は形状に関わらず物体の体積で決まります。その体積と同じ水の重さが浮力です。
ですから、水深のどの位置においても浮力は同じです。つまり、水平方向の力には関係なく上下の圧力差だけが浮力になるのです。水中では必ず浮力が生じる。これ鉄則でしょう。
まず浮力があること。そしてそれをとどめる位置によってトルクが決まるのです。

774様のおっしゃるように水平方向の水圧が浮力に関わるのなら、円盤の左右両方が水中の場合は、軸を外しても円盤を浮かないことになります。
エイボ
2017/07/20 06:08
>>774様のおっしゃるように水平方向の水圧が浮力に関わるのなら

私は「水平方向の水圧が浮力に関わる」とは一言も言っていません。
水平方向の水圧は浮力とは無関係です。

一方、回転するかどうかはトルクの有無によって決まります。
確かに浮力は右回転のトルクを生み出しますが、円盤を右側に押す水平方向の力も左回転のトルクを生み出すのです。
結果、トルクは打ち消され回転はしないということになります。
当然円盤全体が水につかっているときは、左右から同じ強さで水平方向の力が加わるためトルクは生まれません。そしてこれは浮力ともなりえません。
上下方向からの力は下から上へ押す力のほうが大きくなるためこれが浮力となります。
774
2017/07/20 20:46

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