Mutkavoiman hyötykäyttö liikenteessä

Ajatus on pikaisesti vilkaistuna mielenkiintoinen, mutta jo perusfysiikka karistaa haaveet.

Se, että kaarteessa syntyvä sivuttaiskiihtyvyys voitaisi massan siirtyessä ottaa talteen, on mahdollista (voima ja liike ovat saman suuntaisia).
Jos massa pääsee liikkumaan säteen suunnassa niin ilman ulkoista apua kulmanopeus muuttuu, koska W*r on vakio.

Näin ollen esimerkiksi junan vaunussa massan siirtyminen kaarteessa hidastaa junan nopeutta, ja jos liikkeen energia otetaan talteen, se on vain korkeintaan se, minkä juna menettää liike-energiaan.

Tämä kiusallinen fysiikan lainalaisuus tuhoaa lähes kaikki nerokkaat innovaatiot, koska ilmaista energiaa ei vaan yksinkertaisesti ole olemassa.

Anonyymi kirjoitti:

Ajatus on pikaisesti vilkaistuna mielenkiintoinen, mutta jo perusfysiikka karistaa haaveet.

Se, että kaarteessa syntyvä sivuttaiskiihtyvyys voitaisi massan siirtyessä ottaa talteen, on mahdollista (voima ja liike ovat saman suuntaisia).
Jos massa pääsee liikkumaan säteen suunnassa niin ilman ulkoista apua kulmanopeus muuttuu, koska W*r on vakio.

Näin ollen esimerkiksi junan vaunussa massan siirtyminen kaarteessa hidastaa junan nopeutta, ja jos liikkeen energia otetaan talteen, se on vain korkeintaan se, minkä juna menettää liike-energiaan.

Tämä kiusallinen fysiikan lainalaisuus tuhoaa lähes kaikki nerokkaat innovaatiot, koska ilmaista energiaa ei vaan yksinkertaisesti ole olemassa.

Lue lisää

Jos matkustajaan ei kohdistu muita ulkoisia vaakasuoria voimia vaakasuoralla tasolla olevassa kaarteessa, kuin keskeisvoima, niin matkustajan vauhti säilyy, nopeuden suunnan muuttuessa. Mikäli keskeisvoima ei riitä pitämään matkustajaa kulkuneuvon suhteen paikallaan, ei se muuta edellistä lausetta vääräksi. Vauhdin säilyessä omega risti r todellakin on vakio, eli kaarresäteen kasvaessa kulmanopeus hidastuu, mutta mitä sitten, kun vauhti pysyy kuitenkin täysin samana, niin niin pysyy liike-energiakin, sekä kulkuneuvon että matkustajan osalta. Toki kulkuneuvossa on ajovastuksia, mutta matkustajan siirtyminen kaarteessa ulommalle radalle ei kulkuvastuksia suinkaan lisää, vaan hieman niitä vähentää, eli energiaa kulkuneuvon ajonvauhdin säilyttämiseen kuluu silloin hieman vähemmän.

Siinä olet täysin oikeassa ettei ilmaista energiaa vaan yksinkertaisesti ole olemassa.

Kaikilla materiaaleilla on kuitenkin joustavuutta, enemmän tai vähemmän, koska minkään kimmomoduuli ei ole ääretön. Niin myös niillä materiaaleilla joilla seisovaan matkustajaan kohdistuva keskihakuvoima saadaan aikaan, joten "jousi" siellä on joka tapauksessa, olipa se sitten nimeltään bussin sivuseinä, tai tarkoitukseen suunniteltu koneenosa. Tarkoituksenmukaisilla mitoituksilla "jousen" hyötysuhdekin on tuossa tilanteessa varsin lähellä 100 % teoreettista maksimia, eikä se siitä juuri muuksi muutu vaikka joustomatkaa hieman nykyisestä lisättäisiinkin, mutta ajovastukset renkaassa pienenisivät samalla kuin renkaan sivuvoimakin ja energiahäviötkin pienenisivät.

Anonyymi kirjoitti:

Jos matkustajaan ei kohdistu muita ulkoisia vaakasuoria voimia vaakasuoralla tasolla olevassa kaarteessa, kuin keskeisvoima, niin matkustajan vauhti säilyy, nopeuden suunnan muuttuessa. Mikäli keskeisvoima ei riitä pitämään matkustajaa kulkuneuvon suhteen paikallaan, ei se muuta edellistä lausetta vääräksi. Vauhdin säilyessä omega risti r todellakin on vakio, eli kaarresäteen kasvaessa kulmanopeus hidastuu, mutta mitä sitten, kun vauhti pysyy kuitenkin täysin samana, niin niin pysyy liike-energiakin, sekä kulkuneuvon että matkustajan osalta. Toki kulkuneuvossa on ajovastuksia, mutta matkustajan siirtyminen kaarteessa ulommalle radalle ei kulkuvastuksia suinkaan lisää, vaan hieman niitä vähentää, eli energiaa kulkuneuvon ajonvauhdin säilyttämiseen kuluu silloin hieman vähemmän.

Siinä olet täysin oikeassa ettei ilmaista energiaa vaan yksinkertaisesti ole olemassa.

Kaikilla materiaaleilla on kuitenkin joustavuutta, enemmän tai vähemmän, koska minkään kimmomoduuli ei ole ääretön. Niin myös niillä materiaaleilla joilla seisovaan matkustajaan kohdistuva keskihakuvoima saadaan aikaan, joten "jousi" siellä on joka tapauksessa, olipa se sitten nimeltään bussin sivuseinä, tai tarkoitukseen suunniteltu koneenosa. Tarkoituksenmukaisilla mitoituksilla "jousen" hyötysuhdekin on tuossa tilanteessa varsin lähellä 100 % teoreettista maksimia, eikä se siitä juuri muuksi muutu vaikka joustomatkaa hieman nykyisestä lisättäisiinkin, mutta ajovastukset renkaassa pienenisivät samalla kuin renkaan sivuvoimakin ja energiahäviötkin pienenisivät.

Lue lisää

Ilmeisesti ymmärsit asian hieman väärin.
Myönnät että W*r on säilyttävä vakiona, samoin myönnät että massan nopeus säilyy vakiona, mutta et näe tässä ristiriitaa siinä, että jos kappale siirtyy säteen suunnassa, sen nopeuden olisi myös muututtava kulmanopeuden säilyttämiseksi, ja jos nopeus pysyy vakiona, eri etäisyydellä, samaa nopeutta kiertävät massat kulkevat aivan eri rataa.

Mieti: W*r , mitä se kertoo ?

Anonyymi kirjoitti:

Ilmeisesti ymmärsit asian hieman väärin.
Myönnät että W*r on säilyttävä vakiona, samoin myönnät että massan nopeus säilyy vakiona, mutta et näe tässä ristiriitaa siinä, että jos kappale siirtyy säteen suunnassa, sen nopeuden olisi myös muututtava kulmanopeuden säilyttämiseksi, ja jos nopeus pysyy vakiona, eri etäisyydellä, samaa nopeutta kiertävät massat kulkevat aivan eri rataa.

Mieti: W*r , mitä se kertoo ?

Lue lisää

Tietenkään kulmanopeus ei säily kappaleen siirtyessä ulommalle radalle vauhtinsa säilyttäen.
Omega risti r kertoo nopeusvektorin suuruuden ja suunnan.

Mitä muka ymmärsin väärin, se jäi sinulta kertomatta.

Totta kai saa, aivan samoin kuin hybridiautojen tapauksessa jarrutusenergiaa saadaan talteen seuraavaa kiihdytystä varten. Sekin toki jarrutuksessa hidastaa autoa, mitä sitten?
Ei siitä vielä voi päätellä etteikö jarrutusenergian talteenotto kannattaisi, ettei kyseessä todellakaan ole mikään ikiliikkuja eikä hyötysuhde ole edes 100 %. Kannattaa nimittäin jopa 10% hyötysuhteella, koska sekin on vielä parempi kuin nolla %.

Kyllähän kaarre hidastaa muutenkin. Nopeammin siis pysähtyy kuin suoraan rullaamalla.

Suunnan muutos ei tarvitse energiaa, joten ei tarvitse varastoidakaan sitä.
Kiihtyvyys voi olla kohtisuorassa liikkeen suuntaan nähden. Nopeuden itseisarvo ei muutu eikä tarvita työtä pelkän suunnan muutokseen.

Siis miten niin akselisto antaa periksi?!?
Ei tietenkään antaisi, vaan päinvastoin akselisto joutuu kaartamaan tiukemmalla kaarresäteellä kuin auton painopiste, jos akseliston kautta vuorovaikutusketjun aikaan saama keskihakuvoima puristaa jousen kasaan tallentaen kimmoenergiaa kaarrreajon aikana jouseen.

Anonyymi kirjoitti:

Suunnan muutos ei tarvitse energiaa, joten ei tarvitse varastoidakaan sitä.
Kiihtyvyys voi olla kohtisuorassa liikkeen suuntaan nähden. Nopeuden itseisarvo ei muutu eikä tarvita työtä pelkän suunnan muutokseen.

Lue lisää

Jos vauhtia ei mutkaan muuteta (hidasteta), niin joko ajaudutaan mutkassa tieltä ulos, taikka ollaan suorilla muun liikenteen tukkona.
Normaalisti vauhtia nimenomaan hidastetaan mutkia varten, jolloin on kannattavaa ottaa sitä liike-energiaa talteen myöhempää käyttöä varten, eikä hukata kaikkea lämmöksi jarruissa. Hybrideissä se tallennetaan akkuihin, mutta kyllä sitä voisi tallentaa mekaanisesti jouseenkin jos välttämättä haluaisi. Periaatteessa ideassa ei ole mitään vikaa, mutta aloittajan kyky ilmaista asiaa fysikaalisesti oikein oli kylläkin puutteellinen.

Jos ajattelisi että kulkuväline kiertäisi kiinteällä akselilla kiinnitettynä ympyrää, niin matkustajien liike kauemmaksi keskipisteestä suurentaisi hitausmomenttia ja hidastai (kehä)nopeutta, jollei esim. moottorilla pidetä nopeutta yllä.

Eli olisiko niin että matkustajat auttavat nopeuden ylläpitoa pitämällä kiinni.

Anonyymi kirjoitti:

Jos ajattelisi että kulkuväline kiertäisi kiinteällä akselilla kiinnitettynä ympyrää, niin matkustajien liike kauemmaksi keskipisteestä suurentaisi hitausmomenttia ja hidastai (kehä)nopeutta, jollei esim. moottorilla pidetä nopeutta yllä.

Eli olisiko niin että matkustajat auttavat nopeuden ylläpitoa pitämällä kiinni.

Lue lisää

Ei vaan päinvastoin. Liikkumattomat matkustajat lisäävät ajovastuksia renkaissa, ja siten polttoaineen kulutusta polttomoottorilla toimivissa ajoneuvoissa.
Kun matkustajan painopiste siirtyy ulkokaarteen suuntaan mutkassa, auton painopiste matkustajineen kulkee loivempaa rataa ja vaatii pienemmän keskeisvoiman renkailta, minkä seurauksena kaarreajovastus renkaissa pienenee pienemmän luistokulman mukana.

Painopisteen kaartosädehän ei pysy samana, vaan ratin asento, ohjauskulma, ja lähes samana myös renkaiden kulkema ura. Jälkimmäinen muuttuu hieman pienemmän luistokulman seurauksena samalla ratin asennolla ja ajovauhdilla.

Anonyymi kirjoitti:

Ei vaan päinvastoin. Liikkumattomat matkustajat lisäävät ajovastuksia renkaissa, ja siten polttoaineen kulutusta polttomoottorilla toimivissa ajoneuvoissa.
Kun matkustajan painopiste siirtyy ulkokaarteen suuntaan mutkassa, auton painopiste matkustajineen kulkee loivempaa rataa ja vaatii pienemmän keskeisvoiman renkailta, minkä seurauksena kaarreajovastus renkaissa pienenee pienemmän luistokulman mukana.

Painopisteen kaartosädehän ei pysy samana, vaan ratin asento, ohjauskulma, ja lähes samana myös renkaiden kulkema ura. Jälkimmäinen muuttuu hieman pienemmän luistokulman seurauksena samalla ratin asennolla ja ajovauhdilla.

Lue lisää

Vaikka matkustajat löysäisivät vähän kaarteessa jäisi hyöty tilapäiseksi, elleivät he jäisi asentoonsa kaarteen jälkeen. Istuma-asennon oikaisu aiheuttaa saman vierintävastuksen kasvun kuin mikä kaarteessa säästetään.

Jos penkkirivi olis laakeroitu akseliin jonka päässä on jouset voitaisiin potentiaali purkaa suoralla lataamaan hybridiakkuja. Tällöin matkustajat jäisivät toki istumaan hieman "väärälle paikalle".

Anonyymi kirjoitti:

Vaikka matkustajat löysäisivät vähän kaarteessa jäisi hyöty tilapäiseksi, elleivät he jäisi asentoonsa kaarteen jälkeen. Istuma-asennon oikaisu aiheuttaa saman vierintävastuksen kasvun kuin mikä kaarteessa säästetään.

Jos penkkirivi olis laakeroitu akseliin jonka päässä on jouset voitaisiin potentiaali purkaa suoralla lataamaan hybridiakkuja. Tällöin matkustajat jäisivät toki istumaan hieman "väärälle paikalle".

Lue lisää

"Jos penkkirivi olis laakeroitu akseliin ..."

Jos penkit liikkuisivat vakiokiihtyvyydellä kaartosäteen suunnassa, ne aiheuttaisivat hetkellisen noprutensa mukaisen junan nopeutta vastustavan voiman ½m*W*v, (W on junan kulmanopeus kaarteen keskipisteen suhteen), joka jarruttaa junaa tai vaatii lisää tehoa.

Tämä siksi että vaunun ulkokaarteen puoleisen osan nopeus on suurempi kuin sisäkaarteen puoleisen.

Anonyymi kirjoitti:

Vaikka matkustajat löysäisivät vähän kaarteessa jäisi hyöty tilapäiseksi, elleivät he jäisi asentoonsa kaarteen jälkeen. Istuma-asennon oikaisu aiheuttaa saman vierintävastuksen kasvun kuin mikä kaarteessa säästetään.

Jos penkkirivi olis laakeroitu akseliin jonka päässä on jouset voitaisiin potentiaali purkaa suoralla lataamaan hybridiakkuja. Tällöin matkustajat jäisivät toki istumaan hieman "väärälle paikalle".

Lue lisää

Ei suinkaan. Kun ajetaan vaikkapa 90 asteen mutka loivemmalla kaarresäteellä, niin keskimääräinen vierintävastus pienenee ihan olennaisesti.
Ja siitähän on kyse jos matkustajat liikkuvat auton sisällä mutkassa ulkokaarteeseen, ja palaavat sieltä sitten taas takaisin paikalleen. Eli auton ja matkustajien yhteinen painopiste kulkee tällöin loivempaa rataa mutkasta läpi, kuin mikäli olisivat pysyneet jäykästi paikallaan auton suhteen.

Anonyymi kirjoitti:

"Jos penkkirivi olis laakeroitu akseliin ..."

Jos penkit liikkuisivat vakiokiihtyvyydellä kaartosäteen suunnassa, ne aiheuttaisivat hetkellisen noprutensa mukaisen junan nopeutta vastustavan voiman ½m*W*v, (W on junan kulmanopeus kaarteen keskipisteen suhteen), joka jarruttaa junaa tai vaatii lisää tehoa.

Tämä siksi että vaunun ulkokaarteen puoleisen osan nopeus on suurempi kuin sisäkaarteen puoleisen.

Lue lisää

Ei sillä ole mitään merkitystä miten pelkän ajoneuvon kulmavauhti tai ratavauhti muuttuu, vaan sillä miten ajoneuvon ja matkustajien yhteisen massakeskipisteen (=mkp) ratavauhti muuttuu tai on muuttumatta. Ja sehän riippuu vain ajovastuksista ja käytetystä tehosta. Loiventamalla kyseisen mkp:n kaarresädettä ajovastukset pienenevät, ja se on tässä kaikkein olennaisinta. Muu on pelkkää turhaa sanahelinää ymmärtämättä itse asiaa.

Anonyymi kirjoitti:

Ei suinkaan. Kun ajetaan vaikkapa 90 asteen mutka loivemmalla kaarresäteellä, niin keskimääräinen vierintävastus pienenee ihan olennaisesti.
Ja siitähän on kyse jos matkustajat liikkuvat auton sisällä mutkassa ulkokaarteeseen, ja palaavat sieltä sitten taas takaisin paikalleen. Eli auton ja matkustajien yhteinen painopiste kulkee tällöin loivempaa rataa mutkasta läpi, kuin mikäli olisivat pysyneet jäykästi paikallaan auton suhteen.

Lue lisää

"auton ja matkustajien yhteinen painopiste kulkee tällöin loivempaa rataa mutkasta läpi, kuin mikäli olisivat pysyneet jäykästi paikallaan auton suhteen." Totta!

Mutta jos matkustajat työntävät ajoneuvoa uudestaan taakse jääneen ulkokaarteen suuntaan oikaistessaan istuma-asentonsa takaisin, tämä etu menetetään. Renkaiden vierintävastus korjausliikkeen aikana kasvaa.

Pelkäänpä ettei palstan fyysikoilla riitä aivokapasiteetti tämän ratkaisemiseen.
Ainoa mahdollisuus olisi järjestää empiirinen koe.
Otetaan kaksi identtistä avolava-autoa, niille kuormaksi 1000 kg suursäkki kuivabetonia. Ensimmäiseen autoon säkki lastattaisiin heiluriksi ripustettuna lankuista kyhättyyn telineeseen. Toiseen autoon säkki sidottaisiin tiukasti kiinni lavaan. Sitten autot piripintaan tankattuna kiertämään mutkaista ja mäkistä testirataa, heiluri-lastattu auto edellä määräämässä vauhdin.
Kumpi auto mahtaisi päästä pidemmälle tankillisella?

Anonyymi kirjoitti:

Pelkäänpä ettei palstan fyysikoilla riitä aivokapasiteetti tämän ratkaisemiseen.
Ainoa mahdollisuus olisi järjestää empiirinen koe.
Otetaan kaksi identtistä avolava-autoa, niille kuormaksi 1000 kg suursäkki kuivabetonia. Ensimmäiseen autoon säkki lastattaisiin heiluriksi ripustettuna lankuista kyhättyyn telineeseen. Toiseen autoon säkki sidottaisiin tiukasti kiinni lavaan. Sitten autot piripintaan tankattuna kiertämään mutkaista ja mäkistä testirataa, heiluri-lastattu auto edellä määräämässä vauhdin.
Kumpi auto mahtaisi päästä pidemmälle tankillisella?

Lue lisää

Tuohon lienee helppo vastata kumpi ajaa pitemmälle.
Auton ajaessa kaarteeseen liikkuvaan massaan siirtyy energiaa.
Energia ei käytännössä koskaan palaudu sataprosenttisesti.
Liikkuvamassainen auto pääsee lyhyemmän matkan samalla syötetyllä energialla.

Anonyymi kirjoitti:

Tuohon lienee helppo vastata kumpi ajaa pitemmälle.
Auton ajaessa kaarteeseen liikkuvaan massaan siirtyy energiaa.
Energia ei käytännössä koskaan palaudu sataprosenttisesti.
Liikkuvamassainen auto pääsee lyhyemmän matkan samalla syötetyllä energialla.

Lue lisää

Toisaalta jos keskinopeus olisi pienempi, niin ilmanvastuskin putoaisi.
Voisiko se auttaa heiluriautoa pidemmälle?

Anonyymi kirjoitti:

Toisaalta jos keskinopeus olisi pienempi, niin ilmanvastuskin putoaisi.
Voisiko se auttaa heiluriautoa pidemmälle?

Ei kai koko kokeessa olisi mitään järkeä, jos autoilta ei vaadittaisi samaa keskinopeutta?

Kyse onkin välttämättömästi syntyvän keskipakoisvoiman talteenotosta hyödyntäen sitä massaa joka autossa joka tapauksessa on. Ei siis erillisiä heilureita kuten edellä oli kuvattu vaan tapa jolla autosta tyypillisine kuormineen saataisiin "heiluri".

Aurinkopaneelit katolle ja konepellille olisi ihan järkevä tapa ladata akkua. Näitä onkin jo.

Anonyymi kirjoitti:

Aurinkopaneelit katolle ja konepellille olisi ihan järkevä tapa ladata akkua. Näitä onkin jo.

Talviautoiluun tuo on oikein hyvä konsti.