Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Jak myślicie czy można wywołać w jakiś inny sposób efekt jaki daje napełnienie balonu helem, wodorem lub ciepłym powietrzem?

Czy jest jakiś mechaniczne urządzenie, które działało by w podobny sposób (nie chodzi mi o samolot :-)

Wyobraźmy sobie np. jakieś kontrolowane nanocząstki, które zamknięte w małej przestrzeni działały by w górę podobnie jak hel lub wodór w balonie ale ze znacznie większą siłą.
Czy taki hipotetyczny obiekt uniósł by się w powietrze?

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Hmm... Jakakolwiek alternatywa dla gazu lżejszego od powietrza w balonie musi działać w oparciu o prawa mechaniki, niezależnie od tego, jak bardzo zaawansowana technologia byłaby w użyciu.

Balon uniesie się w górę, jeżeli się pojawi niezrównoważona siła działająca w tym kierunku. W przypadku gazu lżejszego od powietrza mamy do czynienia ze zjawiskiem Archimedesa, a więc działaniem siły wyporu. Gdyby rozważać efekt odrzutowy, następuje wyrzucanie cząstek w kierunku przeciwnym do ruchu. Cząstki, które poruszałyby się tylko wewnątrz balonu nie mogłyby dać efektu netto w postaci ruchu w górę, gdyż są częścią układu, jakim jest balon. Jedynie gdyby takie cząstki zmusić do rozepchnięcia objętości balonu tak, aby zwiększyć siłę wyporu, mogłoby to spowodować uniesienie się balonu. Jeżeli byłoby mozliwe kontrolowanie takich cząstek (nanocząstek) w opisany wyżej sposób, to mielibyśmy możliwość, o jakiej piszesz. Nie znam się za bardzo na nanotechnologii, aby wyrokować,
czy jest to technicznie wykonalne.Tomasz Lisowski edytował(a) ten post dnia 08.08.09 o godzinie 07:50

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Dziękuje za wyczerpująca odpowiedź.

Wyobraźmy sobie więc taki zamknięty karton, sześcian z twardego tworzywa nie ulegającego odkształceniom. W którym umieszczone są kontrolowane przez nas cząstki. Połowa z cząstek napiera na górę kartonu, a połowa „ładuje sie” na dole kartonu. Gdy sie naładują lecą do góry i napierają na górę kartony a gdy sie wyładują spadają na dół aby sie naładować. Załóżmy, że zawsze połowa cząstek działa na górę i siła ta jest wystarczająca aby unieść obiekt i cząstki. Na razie nie martwmy sie zasilaniem ani samymi cząstkami. Załóżmy, że zasilanie jest z zewnątrz, a cząstki mogą magazynować energię i wyruszać w górę dopiero po zmagazynowaniu odpowiedniej ilości.

Czy taki hipotetyczny obiekt uniósł by się w powietrze?

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Gdyby nie było zewnętrznego zasilania, odpowiedź byłaby zdecydowanie NIE, ponieważ wtedy byłby to układ zamknięty o stałej energii całkowitej. Zgodnie z zasadą zachowania energii układ ten nie mógłby więc tak sam z siebie wznosić się do góry, gdyż zwiększałaby się wtedy jego energia potencjalna, a to musiałoby nastąpić kosztem czegoś. Sytuacja, w której połowa cząstek napiera w górę, a połowa - opadając - na dół, w zasadzie eliminuje jakąkolwiek siłę wypadkową, która mogłaby spowodować ruch w górę.

Dopuszczenie zewnętrznego zasilania zmienia sytuację o tyle, że jesteśmy w stanie manipulować ilością cząstek napierających na górę i opadających, a tym samym spowodować powstanie niezerowej siły wypadkowej działającej w górę.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Tak zakładamy, że cząstki spadają w dół ale nie napierają z tą sama siłą będąc na dole co na górze, czyli na dole napierają tylko swoja masą, a na górze napierają np. 100 razy większa siłą dzięki zmagazynowanej energii podczas przebywania na dole. Z tym, że zmagazynowana energia nie zwiększa znacząco ich masy.

Co do źródła zasilania to oczywiście musi być zewnętrzne ale może być częścią układu np. ogniwa słoneczne, lub silnik i bak z paliwem. To nie ma takiego znaczenia. Pytanie brzmi czy z punktu widzenia praw fizyki taki układ w ogóle uniósł by się w powietrze, nawet przy założeniu, że mamy do dyspozycji dużo zewnętrznej energii przy której układ byłby przysłowiowym piórkiemArkadiusz B. edytował(a) ten post dnia 08.08.09 o godzinie 14:08

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Dość sceptycznie odnoszę się do takiego scenariusza. Coś musi spowodować ruch cząstek w górę i ich napieranie na górną ściankę. Jeżeli miałoby to mieć naturę kinetyczną, to cząstka musiałaby "wystrzelić" w górę, co rozumiem jako odbicie się od dolnej ścianki tak jak od trampoliny. W momencie odbicia występowałaby spora siła działająca na dolną ściankę, powodując hamowanie układu. To, że po doleceniu do górnej ścianki cząstka napierałaby na nią, działałoby przyszpieszająco na układ, ale w sumie efekt netto (uwzględniając wcześniejsze hamowanie) chyba byłby zerowy.

Gdyby zjawisko miało mieć naturę magnetyczną lub elektrostatyczną (górna ścianka przyciąga cząstki), siła przyciągająca cząstkę powodowałaby jej przyspieszenie i w rezultacie uderzenie w górną ściankę, ale zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona, przyciąganiu cząstki przez górną ściankę towarzyszy siła reakcji ściągająca ją w dół. Znowu, wydaje mi się, że efekt netto byłby zerowy.

Oczywiście dopuszczam, że zjawisko może mieć jeszcze inną naturę, ale na razie nie przychodzi mi do głowy żaden przekonujący mechanizm, który powodowałby wznoszenie się układu w górę.

Jeżeli jednak zastąpisz zasilanie zewnętrzne (rozumiane jako zwykłe dostarczenie energii do układu), ZEWNĘTRZNĄ siłą działającą na te cząstki wewnątrz układu, przyciągając je w górę, to jest to teoretycznie możliwe. Wyobrażam sobie np. że są to cząstki magnetyczne lub naładowane elektrycznie z takim znakiem, że nad układem jest źródło siły przyciągającej (np. magnes lub ciało naładowane ładunkiem o przeciwnym znaku). W tej sytuacji, cząstki są przyciągane w górę, dolatują do górnej ścianki i siła przyciągająca, która nadal działa, powoduje ich napieranie na górną ściankę, efektywnie podnosząc ją, o ile będzie to odpowiednio silne oddziaływanie. Wszystko przez to, że jest to oddziaływanie ZEWNĘTRZNE, a nie WEWNĘTRZNE.Tomasz Lisowski edytował(a) ten post dnia 08.08.09 o godzinie 22:56

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Arkadiusz B.:
Jak myślicie czy można wywołać w jakiś inny sposób efekt jaki daje napełnienie balonu helem, wodorem lub ciepłym powietrzem?

Czy jest jakiś mechaniczne urządzenie, które działało by w podobny sposób (nie chodzi mi o samolot :-)

Wyobraźmy sobie np. jakieś kontrolowane nanocząstki, które zamknięte w małej przestrzeni działały by w górę podobnie jak hel lub wodór w balonie ale ze znacznie większą siłą.
Czy taki hipotetyczny obiekt uniósł by się w powietrze?

Skoro mowa o hipotetycznym obiekcie to wtrącę się i dodam coś od siebie:)
Moim zdaniem jest również możliwa sytuacja, w której balonik napełniony powietrzem (bez nanocząsteczek) i leżący sobie na stoliku, bez żadnej ingerencji sił zewnętrznych nagle zaczyna gwałtownie unosić się w górę w wyniku uporządkowanego ruchu cząsteczek powietrza wewnątrz balonu... Balonik traktuje jako układ zamknięty. Uporządkowany ruch cząsteczek powietrza w balonie w skali makroskopowej objawi się wzrostem ciśnienia w górnej części balonika a spadkiem ciśnienia na dole i po bokach. W takim przypadku powietrze w balonie będzie wykonywało pracę (ruch uporządkowany), która będzie zamieniana na energię kinetyczną balonika. Powietrze w balonie będzie się oczywiście ochładzać gdyż w wyniku wykonywania pracy cząsteczki będą wytracały swoją energię kinetyczną. Ale skoro układ jest zamknięty to w wyniku różnicy temperatur, ciepło będzie przepływało do wnętrza balonika zwiększając energię kinetyczną cząsteczek, których energia znów zostanie zamieniona na pracę... itd.
Taki balonik unosiłby się w nieskończoność zamieniając energię cieplną na pracę.
A teraz najlepsze:)
Z punktu widzenia termodynamiki klasycznej taka sytuacja jest niestety niemożliwa (II zas. term. mówiąca, że nie można całkowicie zamienić ciepła w pracę) ale z punktu widzenia termodynamiki statystycznej czy też ogólnie mechaniki stat. nie ma rzeczy niemożliwych! Są tylko mniej lub bardziej prawdopodobne. Mój scenariusz należy raczej do tych mało, mało, mało... prawdopodobnych:( Ale nie niemożliwych:)

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Tomasz Lisowski:
Dość sceptycznie odnoszę się do takiego scenariusza.

OK, tak jak Pan to ujął to faktycznie nie ma szans na uniesienie się obiektu.

A jeżeli nie będziemy rozpatrywali tego w skali nano. Tylko w makro. Czyli zbudujemy obiekt metalowy sześcian 2x2x2m w środku przy górnej powierzchni umieścimy układ, który wybuchowo będzie spalał jakieś paliwo. Paliwo dostarczymy z baków połączonych z obiektem, a spaliny będziemy odprowadzać przez rurę wydechową. Wydaje mi się, że po wybuchu taki obiekt powinien podskoczyć. Czy więc gdybyśmy powtarzali wybuchy co chwilę w krótkich odstępach czy taki obiekt z punktu widzenia praw fizyki uniósłby się i utrzymywał w powietrzu?

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Arkadiusz B.:

A jeżeli nie będziemy rozpatrywali tego w skali nano. Tylko w makro. Czyli zbudujemy obiekt metalowy sześcian 2x2x2m w środku przy górnej powierzchni umieścimy układ, który wybuchowo będzie spalał jakieś paliwo. Paliwo dostarczymy z baków połączonych z obiektem, a spaliny będziemy odprowadzać przez rurę wydechową. Wydaje mi się, że po wybuchu taki obiekt powinien podskoczyć. Czy więc gdybyśmy powtarzali wybuchy co chwilę w krótkich odstępach czy taki obiekt z punktu widzenia praw fizyki uniósłby się i utrzymywał w powietrzu?

No tu mamy do czynienia ze zwyczajnym napędem odrzutowym :-) Jeżeli spaliny odprowadzimy odpowiednim kanałem, skierowując ruch spalin ku dołowi, to nasz balon zachowa sie jak rakieta. To, czy spalanie będzie ciągłe, czy też impulsowe ma tu mniejsze znaczenie.

Takie coś oczywiście jest możliwe, ale wykracza to poza pierwotny model, w którym, jak zrozumiałem, zasilamy pewien układ zamknięty. Tu mamy zaś do czynienia z ucieczką materii z układu (spaliny).

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Tomasz Lisowski:
No tu mamy do czynienia ze zwyczajnym napędem odrzutowym :-) Jeżeli spaliny odprowadzimy odpowiednim kanałem, skierowując ruch spalin ku dołowi, to nasz balon zachowa sie jak rakieta. To, czy spalanie będzie ciągłe, czy też impulsowe ma tu mniejsze znaczenie.

Takie coś oczywiście jest możliwe, ale wykracza to poza pierwotny model, w którym, jak zrozumiałem, zasilamy pewien układ zamknięty. Tu mamy zaś do czynienia z ucieczką materii z układu (spaliny).

No właśnie załóżmy, że spaliny nie mogą wytwarzać siły (skierujemy je np. po równo na boki). Tylko sam wybuch w urządzeniu ma wytworzyć siłę która uniesie obiekt.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Paweł J.:

Moim zdaniem jest również możliwa sytuacja, w której balonik napełniony powietrzem (bez nanocząsteczek) i leżący sobie na stoliku, bez żadnej ingerencji sił zewnętrznych nagle zaczyna gwałtownie unosić się w górę w wyniku uporządkowanego ruchu cząsteczek powietrza wewnątrz balonu... Balonik traktuje jako układ zamknięty. Uporządkowany ruch cząsteczek powietrza w balonie w skali makroskopowej objawi się wzrostem ciśnienia w górnej części balonika a spadkiem ciśnienia na dole i po bokach. W takim przypadku powietrze w balonie będzie wykonywało pracę (ruch uporządkowany), która będzie zamieniana na energię kinetyczną balonika. Powietrze w balonie będzie się oczywiście ochładzać gdyż w wyniku wykonywania pracy cząsteczki będą wytracały swoją energię kinetyczną. Ale skoro układ jest zamknięty to w wyniku różnicy temperatur, ciepło będzie przepływało do wnętrza balonika zwiększając energię kinetyczną cząsteczek, których energia znów zostanie zamieniona na pracę... itd.
Taki balonik unosiłby się w nieskończoność zamieniając energię cieplną na pracę.
A teraz najlepsze:)
Z punktu widzenia termodynamiki klasycznej taka sytuacja jest niestety niemożliwa (II zas. term. mówiąca, że nie można całkowicie zamienić ciepła w pracę) ale z punktu widzenia termodynamiki statystycznej czy też ogólnie mechaniki stat. nie ma rzeczy niemożliwych! Są tylko mniej lub bardziej prawdopodobne. Mój scenariusz należy raczej do tych mało, mało, mało... prawdopodobnych:( Ale nie niemożliwych:)

Ciekawa hipoteza. Mechanika statystyczna uznaje raczej za mało prawdopodobne zjawisko, kiedy czastki zaczęłyby samoczynnie poruszać się w sposób uporządkowany w górę, o ile nie ma sił zewnętrznych (np. magnes i opiłki). Jeżeli nawet nastąpi chwilowe lokalne zaburzenie ciśnienia, jest ono błyskawicznie wyrównywane (prawo Pascala).

Zwiększanie energii kinetycznej cząstek w układzie następowałoby również statystycznie, a więc obejmując w miarę jednakowo wszystkie cząstki. W rezultacie, nierównowaga, która mogłaby być przyczyną ruchu, jest szybko eliminowana.

No i na koniec dochodzi problem z II zasadą termodynamiki, ale o tym już wspomniałeś.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Arkadiusz B.:

No właśnie załóżmy, że spaliny nie mogą wytwarzać siły (skierujemy je np. po równo na boki). Tylko sam wybuch w urządzeniu ma wytworzyć siłę która uniesie obiekt.

Jeżeli spaliny skierowujemy po równo na boki czy też we wszystkich kierunkach, to efekt dynamiczny się równoważy i nie ma siły wypadkowej, która popychałaby w górę, prawda?

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Tomasz Lisowski:

Arkadiusz B.:

No właśnie załóżmy, że spaliny nie mogą wytwarzać siły (skierujemy je np. po równo na boki). Tylko sam wybuch w urządzeniu ma wytworzyć siłę która uniesie obiekt.

Jeżeli spaliny skierowujemy po równo na boki czy też we wszystkich kierunkach, to efekt dynamiczny się równoważy i nie ma siły wypadkowej, która popychałaby w górę, prawda?

A co się stanie z siłą która powstaje w momencie samego wybuchu? Myślę, że cząstki uderzą w górną ściankę obiektu i spowoduje podskoczenie obiektu bez względu na spaliny, które dopiero później opuszczą obiekt bokiem.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Tomasz Lisowski:

Arkadiusz B.:

No właśnie załóżmy, że spaliny nie mogą wytwarzać siły (skierujemy je np. po równo na boki). Tylko sam wybuch w urządzeniu ma wytworzyć siłę która uniesie obiekt.

Jeżeli spaliny skierowujemy po równo na boki czy też we wszystkich kierunkach, to efekt dynamiczny się równoważy i nie ma siły wypadkowej, która popychałaby w górę, prawda?

Aby pominąć problem spalin możemy też wyobrazić sobie sytuację, że na dole obiektu jest silny elektromagnes, który wystrzeliwuje w górę kawałek metalu. Ten kawałek metalu z bardzo dużą prędkością uderza w górę obiektu po czym spada swobodnie w dół i sytuacja się powtarza.

Pytanie, czy cały obiekt by podskoczył po uderzeniu od wewnątrz kawałka metalu? Jeżeli by podskoczył czy gdybyśmy powtarzali operację lub zamontowali kilka, kilkanaście elektromagnesów działających na przemian obiekt uniósł i utrzymał by się w powietrzu?

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Ciekawa hipoteza. Mechanika statystyczna uznaje raczej za mało prawdopodobne zjawisko, kiedy czastki zaczęłyby samoczynnie poruszać się w sposób uporządkowany w górę, o ile nie ma sił zewnętrznych (np. magnes i opiłki). Jeżeli nawet nastąpi chwilowe lokalne zaburzenie ciśnienia, jest ono błyskawicznie wyrównywane (prawo Pascala).

Zwiększanie energii kinetycznej cząstek w układzie następowałoby również statystycznie, a więc obejmując w miarę jednakowo wszystkie cząstki. W rezultacie, nierównowaga, która mogłaby być przyczyną ruchu, jest szybko eliminowana.

No i na koniec dochodzi problem z II zasadą termodynamiki, ale o tym już wspomniałeś.

Ma Pan oczywiście rację. Praktycznie sytuacja opisana przeze mnie nigdy się nie wydarzy z powodów, o których Pan wspomniał. Chciałem tylko zwrócić uwagę na spojrzenie przez pryzmat mechaniki statystycznej. Gdy rozważamy tu możliwość zajścia jakiegoś zdarzenia to dochodzimy do wniosku, że nie ma rzeczy niemożliwych. W rzeczywistości jednak zdarzenia bardzo mało prawdopodobne nigdy nie zachodzą a jakiekolwiek odejście od stanu równowagi ma charakter nieznaczących fluktuacji.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Pytanie, czy cały obiekt by podskoczył po uderzeniu od wewnątrz kawałka metalu? Jeżeli by podskoczył czy gdybyśmy powtarzali operację lub zamontowali kilka, kilkanaście elektromagnesów działających na przemian obiekt uniósł i utrzymał by się w powietrzu?

Panie Arkadiuszu, żeby zobrazować sytuację o jakiej Pan pisze proponuję wykonać pewne doświadczenie. Proszę stanąć pod gołym niebem, chwycić się za pasek od spodni i mocno szarpnąć w górę. Gdy już uniesie się Pan w powietrze proszę ponownie szarpnąć aby unieść się jeszcze wyżej. Wynik eksperymentu powinien być odpowiedzią na Pana pytanie.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Arkadiusz B.:

A co się stanie z siłą która powstaje w momencie samego wybuchu? Myślę, że cząstki uderzą w górną ściankę obiektu i spowoduje podskoczenie obiektu bez względu na spaliny, które dopiero później opuszczą obiekt bokiem.

Podczas wybuchu cząstki opuszczają z dużą energią kinetyczną wybuchające ciało, powodując jego odrzut w przeciwnym kierunku. Zazwyczaj wybuch jest izotropowy, co znaczy, że taki odrzut jest we wszystkich kierunkach, a więc wypadkowo - zerowy. Jedyny sens miałoby skierowanie spalin (cząstek) w określonym kierunku, jak w turbinie silnika odrzutowego - wtedy odrzut wywołuje opisany efekt.

Jeżeli nawet udałoby się skierować pewną ilość cząstek w górę (aby uderzyły w górną ściankę), pozostałe cząstki poleciałyby w dół. Ponieważ byłby to wybuch WEWNĄTRZ układu, obawiam się, że wypadkowa zmiana pędu układu byłaby zero.

O ile rozumiem mającą tu zastosowanie teorię, jedynie działanie z zewnątrz może spowodować ruch układu jako całości. Jakiekolwiek manipulowanie cząstkami wewnątrz układu z zachowaniem jego integralności (cząstki nie opuszczają układu i podlegają wyłącznie oddziaływaniom wewnętrznym) nie może spowodować jego ruchu.Tomasz Lisowski edytował(a) ten post dnia 09.08.09 o godzinie 21:26

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Paweł J.:

Panie Arkadiuszu, żeby zobrazować sytuację o jakiej Pan pisze proponuję wykonać pewne doświadczenie. Proszę stanąć pod gołym niebem, chwycić się za pasek od spodni i mocno szarpnąć w górę. Gdy już uniesie się Pan w powietrze proszę ponownie szarpnąć aby unieść się jeszcze wyżej. Wynik eksperymentu powinien być odpowiedzią na Pana pytanie.

Świetny przykład! Szarpnięcie paskiem przez pana Arkadiusza nie może spowodować jego uniesienia się w górę (co najwyżej zerwie się pasek :-) Co innego, gdyby za pasek szarpnąć przy pomocy kogoś z zewnątrz - wtedy jest to jak najbardziej możliwe.

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

Wybaczcie mi lamerstwo. Po prostu od jakiegoś czasu mam taki pomysł i chciałem go skonsultować z jakimś prawdziwym fizykiem. Cieszę się, że tu mam taką możliwość.

Paweł J.:
Panie Arkadiuszu, żeby zobrazować sytuację o jakiej Pan pisze proponuję wykonać pewne doświadczenie. Proszę stanąć pod gołym niebem, chwycić się za pasek od spodni i mocno szarpnąć w górę. Gdy już uniesie się Pan w powietrze proszę ponownie szarpnąć aby unieść się jeszcze wyżej. Wynik eksperymentu powinien być odpowiedzią na Pana pytanie.

Tomasz Lisowski:
Świetny przykład! Szarpnięcie paskiem przez pana Arkadiusza nie może spowodować jego uniesienia się w górę (co najwyżej zerwie się pasek :-) Co innego, gdyby za pasek szarpnąć przy pomocy kogoś z zewnątrz - wtedy jest to jak najbardziej możliwe.

Świetny przykład :-)

Ale zaobserwowałem takie zjawisko:
Przy budowach stoi mała betoniarka. Jeżeli puści się ją na maksymalne obroty w ruch, zaczyna aż podskakiwać, musi być specjalnie dociążana aby nie „odpełzła”. Jak rozumiem ze względu na działające w niej siły. Podobna sprawę zaobserwowałem ze spalinowym agregatem prądotwórczym .

Stąd moje pytanie, dlaczego obiekt podskakuje mimo że nie działa na niego siła zewnętrzna powodująca podskakiwanie? Czy gdyby siły były większe i odpowiednio skierowane tego typu obiekt mógłby się unieść i utrzymać w powietrzu? Czy ktoś robił tego typu eksperymenty? Czy tego typu siłę odśrodkową nie można by porównać do siły działającej w i na balon?Arkadiusz B. edytował(a) ten post dnia 10.08.09 o godzinie 20:54

Temat: Efekt balonu z gazem lżejszym od powietrza.

W skaczącej betoniarce działa siła zewnętrzna - siła bezwładności ("odśrodkowa") od niezrównoważonej masy (bo to niewyważenie wywołuje drgania)
Jeśli strzelasz w balonie, to cząstka dostaje jakiś pęd w górę, a balon zaczyna poruszać się w dół i jego pęd co do wartości jest taki sam. W momencie uderzenia sytuacja się odwróci. Balon będzie podskakiwał, ale efekt netto będzie zerowy (zasada zachowania pędu).