Форум движения за возрождение отечественной науки
24 Апреля 2019, 01:53:43 *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Войти
Новости: Форум движения за возрождение отечественной науки
 
   Начало   Помощь Поиск Войти Регистрация  
Страниц: [1] 2 3 4   Вниз
  Печать  
Автор Тема: Отдача в рельсотроне  (Прочитано 3258 раз)
0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему.
Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« : 02 Апреля 2018, 12:26:37 »

    Устройство рельсотрона: источник постоянного тока подаёт ток на два параллельных рельса вдоль которых движется ускоряемая магнитным полем токовая перемычка. Объясняют работу рельсотрона следующим образом: ток текущий по рельсам создаёт в области перемычки магнитное поле. Сила Лоренца, действующая на перемычку с током, находящуюся в магнитном поле, создаваемой рельсами приводит перемычку в ускоренное движение.
    Вопрос заключается в следующем. Давайте рассмотрим магнитное поле создаваемое током перемычки. Сила Лоренца, действующая на рельсы с током, находящиеся в магнитном поле создаваемом перемычкой не может объяснить возникновение отдачи в рельсотроне, потому как сила Лоренца направлена перпендикулярно току, а отдача возникает вдоль.
    Вопрос. Как с позиций электродинамики объясняется возникновение отдачи в рельсотроне? Аргумент про третий закон Ньютона знаю. Но хочу получить объяснение именно с точки зрения электродинамики, а не механики.
Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #1 : 02 Апреля 2018, 14:28:32 »

Ответ на поставленный вопрос простой. Нужно рассматривать не только перемычку и рельсы, но и источник питания, который подключён к рельсам и обеспечивает ток в рельсах и перемычке. Источник питания, рельсы и перемычка составляют замкнутую цепь, имеющую индуктивность. При протекании тока через эту индуктивность на все её элементы  действуют силы, пытающиеся увеличить размер цепи. Эти силы действуют на рельсы, пытаясь увеличить расстояние между ними. Эти силы действуют и на перемычку,  и на цепь источника питания, пытаясь также увеличить расстояние между этими элементами. Указанные силы имеют противоположное направление и уравновешивают  друг друга. Поэтому как в том, так и в другом случае соблюдается третий закон Ньютона. Из сказанного следует, что сила, действующая на перемычку, равна силе, действующей на цепь питания.
Показательным является то, что для решения поставленного вопроса нет необходимости привлекать понятие магнитного поля и силы Лоренца, привлечение которых только запутывают понимание физики рассматриваемого явления.
Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #2 : 02 Апреля 2018, 18:03:05 »

В том-то и дело, Федор Федорович, что вопрос этот не простой. Правильно ли я понимаю Ваш ответ, что по Вашему мнению на перемычку сила действует только со стороны тока протекающего через источник питания?

Я решил сегодня решил выложить на моём сайте по ссылке http://liquidcrystalosmos.narod.ru/railgunelectrodynamic.htm электродинамический расчёт рельсотрона с использованием понятий векторный потенциал, магнитное поле как его ротор и сила Лоренца.

Хотя Вы призываете не использовать понятие магнитного поля и силы Лоренца, я всё же в данной работе их использовал, чтобы показать уровень сложности проблемы. Первое. Львиная доля силы, действующей на перемычку происходит не от взаимодействия перемычки с источником питания, а от взаимодействия перемычки с рельсами.

Второе. Поскольку величина индукции магнитного поля вдоль длины перемычки неравномерна, для вычисления итоговой силы я применил интегрирование вдоль длины перемычки, но столкнулся с проблемой -  интеграл стремится к бесконечности если в качестве пределов интегрирования брать координаты центров  рельс. Поскольку львиная доля силы приходится именно на ту часть перемычки , которая примыкает непосредственно к рельсу. Так что в реальном расчёте рельсотрона мы получим разный результат силы действующей на снаряд в зависимости от того какие пределы интегрирования мы возьмем. Есть мнение, что нужно справа и слева в интеграле нужно отрезать по половине толщины рельса. Но тогда получается, что чем тоньше рельсы, тем больше сила!

Третье, вычислить силу отдачи со стороны перемычки на рельсу не получается с использованием силы Лоренца.

В поисках выхода я использовал Ваш подход разложения силы Лоренца на две составляющие - на градиент потенциальной энергии тока в поле векторного потенциала и на конвективную производную тока в поле векторного потенциала.

В итоге пришёл к выводу что для конфигурации рельсотрона несостыковка появляется именно в конвективной производной. А именно: перемычка получает ускорение в поле векторного потенциала рельс благодаря конвективной производной  движения зарядов по перемычке в этом поле. Но именно эта часть силы "нескомпенсирована" с точки зрения представленного мною электродинамического расчёта рельсотрона.

Можете ли Вы предложить альтернативный электродинамический расчёт рельсотрона таким образом, чтобы отдача появлялась в результате применения законов электродинамики?
Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #3 : 02 Апреля 2018, 20:00:37 »

Посмотрел расчёт рельсотрона на Вашем сайте. Я уже отмечал ранее, что использование понятия магнитного поля для решения подобных задач не даёт возможность понять куда приложены силы реакции. Я бы посоветовал Вам решить эту задачу другим способом. Найдите индуктивность цепи заданной конфигурации и запишите энергию, накопленную в индуктивности при заданном токе. Затем найдите производную этой энергии по координате рассматриваемого элемента, в данном случае перемычки, цепи питания или рельсы. Это и будет искомая сила.
При таком расчёте Вы увидите, что то предположение, которое я ранее высказал, выполняется в том случае, когда расстояние между перемычкой и цепью питания значительно меньше, чем длина перемычки. 
Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #4 : 02 Апреля 2018, 20:24:40 »

Спасибо. Я подумаю над Вашей идеей электродинамического расчёта.
При таком расчёте Вы увидите, что то предположение, которое я ранее высказал, выполняется в том случае, когда расстояние между перемычкой и цепью питания значительно меньше, чем длина перемычки. 
Дело в том, что реальная геометрия рельсотрона как раз обратная: расстояние между перемычкой и цепью питания намного больше чем длина перемычки. В моём расчёте я использовал длину перемычки 1 а длину рельс 10
Записан
Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #5 : 03 Апреля 2018, 17:26:38 »

В тему. Аналогичный вопрос об отдаче рельсотрона мною был задан на форуме
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1522662090/0#10
В итоге на мой взгляд обнажилось непонимание участниками форума проблемы о приложении сил реакции
Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #6 : 03 Апреля 2018, 18:01:48 »

В тему. Аналогичный вопрос об отдаче рельсотрона мною был задан на форуме
http://www.sciteclibrary.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?num=1522662090/0#10
В итоге на мой взгляд обнажилось непонимание участниками форума проблемы о приложении сил реакции
Посмотрел полемику по теме на Сайтехе и считаю её достаточно продуктивной. Вы должны были заметить, что тот же Перегудов всё время намекает на то, что сила, действующая на перемычку, должна быть равна силе, действующей на цепь питания.
С другой стороны Ваш расчёт показывает, что силы отдачи действуют и на сами рельсы. Думаю этот вывод правильный, но отдача в данном случае будет приводить не только к расталкиванию рельс, но и к их растяжению. Растягиваться будет и сама перемычка.
« Последнее редактирование: 03 Апреля 2018, 18:38:01 от Фёдор Фёдорович Менде » Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #7 : 04 Апреля 2018, 01:29:38 »

отдача в данном случае будет приводить не только к расталкиванию рельс, но и к их растяжению. Растягиваться будет и сама перемычка.
Почему Вы так думаете? Почему именно растяжение? А не наоборот: сжатие рельс вдоль их длины
« Последнее редактирование: 04 Апреля 2018, 01:32:32 от Дроздов Алексей Юрьевич » Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #8 : 04 Апреля 2018, 10:18:42 »

отдача в данном случае будет приводить не только к расталкиванию рельс, но и к их растяжению. Растягиваться будет и сама перемычка.
Почему Вы так думаете? Почему именно растяжение? А не наоборот: сжатие рельс вдоль их длины
При пропускании тока через рельсотрон его контур, в том числе и рельсы, растягиваются.
Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #9 : 04 Апреля 2018, 17:24:19 »

Геннадий Николаев в своей книге "Непротиворечивая Электродинамика. Теория, эксперименты, парадоксы. Книга 1 1997" даёт описание своего опыта номер 2:



Если верить тому что написано у Николаева, в его опыте происходит наоборот: сжатие рельс.
Хотя мне на форуме Сайтеха советуют этот опыт перепроверить...
Записан
Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #10 : 04 Апреля 2018, 17:45:18 »

Я бы посоветовал Вам решить эту задачу другим способом. Найдите индуктивность цепи заданной конфигурации и запишите энергию, накопленную в индуктивности при заданном токе. Затем найдите производную этой энергии по координате рассматриваемого элемента, в данном случае перемычки, цепи питания или рельсы. Это и будет искомая сила.

Следуя Вашему совету я нашёл формулу индуктивности прямоугольной рамки: http://coil32.ru/man/square.html

Если следовать этой формуле, то индуктивность рельсотрона зависит от расстояния между рельсами и от их длины. Изменяемый параметр - длина рельс, задействованная в токовом контуре. Взяв производную энергии, запасённой в индуктивности, по длине рельс, мы действительно сможем найти силу, которая приложена к движущейся перемычке.

Но вопрос изначально был поставлен, как электродинамически рассчитать силу отдачи приложенную к рельсам?

Причём в реальной конструкторской практике задача вычисления электродинамических сил, действующих на рельсу может стоять например с целью расчёта прочности конструкции такой электромагнитной пушки.

В этой связи может потребоваться, например, знание о распределении силы отдачи по длине рельсы. Может ли современная электродинамика дать метод вычисления такого распределения?
Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #11 : 04 Апреля 2018, 18:16:33 »

Я бы посоветовал Вам решить эту задачу другим способом. Найдите индуктивность цепи заданной конфигурации и запишите энергию, накопленную в индуктивности при заданном токе. Затем найдите производную этой энергии по координате рассматриваемого элемента, в данном случае перемычки, цепи питания или рельсы. Это и будет искомая сила.

Следуя Вашему совету я нашёл формулу индуктивности прямоугольной рамки: http://coil32.ru/man/square.html

Если следовать этой формуле, то индуктивность рельсотрона зависит от расстояния между рельсами и от их длины. Изменяемый параметр - длина рельс, задействованная в токовом контуре. Взяв производную энергии, запасённой в индуктивности, по длине рельс, мы действительно сможем найти силу, которая приложена к движущейся перемычке.

Но вопрос изначально был поставлен, как электродинамически рассчитать силу отдачи приложенную к рельсам?

Причём в реальной конструкторской практике задача вычисления электродинамических сил, действующих на рельсу может стоять например с целью расчёта прочности конструкции такой электромагнитной пушки.

В этой связи может потребоваться, например, знание о распределении силы отдачи по длине рельсы. Может ли современная электродинамика дать метод вычисления такого распределения?

Уточняю, первоначально в Вашем первом посте вопрос формулировался следующим образом:

Как с позиций электродинамики объясняется возникновение отдачи в рельсотроне?

Свои рекомендации я уже написал. Что же касается второго вопроса, отмеченного красным цветом, то навскидку сказать ничего не могу.

Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #12 : 05 Апреля 2018, 10:50:41 »

    Федор Федорович, я просто в данной теме хочу обратить внимание на следующую проблему: в то время как поперечная сила действующая на перемычку методами современной электродинамики может быть рассчитана в дифференцированном виде, а именно можно рассчитать: какая часть силы действует на какой участок провода, то в случае силы отдачи, современная электродинамика не предлагает метода расчёта продольной силы, приложенной к рельсам в дифференцированном виде.
    Или я не прав?
Записан
Фёдор Фёдорович Менде
Глобальный модератор
Ветеран
*****

Репутация: +250/-137
Offline Offline

Пол: Мужской
Сообщений: 7451


Глобальный модератор


WWW
« Ответ #13 : 05 Апреля 2018, 11:42:57 »

Конкретно этой проблемой я никогда не занимался. Свои же предположения и рекомендации я уже высказал.
Записан

Дроздов Алексей Юрьевич
Активисты форума
Пользователь
*

Репутация: +1/-0
Offline Offline

Сообщений: 63


« Ответ #14 : 09 Апреля 2018, 11:18:57 »

По схеме, предложенной одним из участников форума на Сайтехе произвёл опыт для разрешения разногласий о том приложена сила отдачи к рельсам в рельсотроне или не приложена.
https://www.youtube.com/watch?v=LoYw8U4gu2w&feature=youtu.be
Под видео ссылка на ветку форума Сайтеха, в которой я привожу свою интерпретацию результатов опыта. Прошу прокомментировать результаты опыта.
« Последнее редактирование: 09 Апреля 2018, 11:27:06 от Дроздов Алексей Юрьевич » Записан
Страниц: [1] 2 3 4   Вверх
  Печать  
 
Перейти в:  

Powered by MySQL Powered by PHP Powered by SMF 1.1.11 | SMF © 2006-2009, Simple Machines LLC Valid XHTML 1.0! Valid CSS!