Способ приведения в движение тел при помощи эффекта казимира и/или его аналогов

Изобретение относится к способам приведения в движение тел в различных средах, в т.ч. в космосе. В способе применены базовые устройства (БУ) с внутренними отражающими поверхностями пирамидальной или конической формы. В результате разницы в воздействии виртуальных частиц (фотонов) на внешние и указанные внутренние поверхности БУ ожидается появление движущей силы (благодаря эффекту Казимира). Данные БУ могут объединяться в сборки, располагаемые и ориентируемые в пространстве так, чтобы создавать как поступательное, так и вращательное движения тел. Технический результат изобретения направлен на создание вариантов универсального движителя простой конструкции, основанного на эффекте Казимира. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к способам для приведения в движение различных тел в различных средах (атмосфере, гидросфере) и в космосе и может использоваться для создания практических движителей для других устройств, конструкций и агрегатов.

Известные на сегодня способы приведения в движение различных тел, конструкций и устройств заполняют собой широчайший спектр. Устройства, физически реализующие эти способы, применимы в разных средах, для разных целей и имеют разную мощность. Однако, в целом, все способы и устройства для их реализации можно разделить на два класса. Первый - это способ приведения в движение различных тел, реализуемый при помощи устройств активного типа, т.е. устройств, движущихся за счет внутренних (носимых) запасов горючего, энергии и/или активного тела. Второй класс - это способ, реализуемый при помощи пассивных движителей, т.е. устройств, использующих естественные (природные) внешние силы для своего движения.

Примерами реализации активного способа приведения в движение (устройствами первого типа) являются автомобильные, авиационные, ракетные и прочие двигатели, пружинные часы и пр.

Примерами реализации пассивного способа приведения в движение служат устройства второго типа. Это парусные суда, воздушные шары, планеры, маятниковые часы, турбины гидроэлектростанций в рабочем режиме и пр.

Недостатком способов и устройств первого (активного) типа является необходимость перемещения вместе с ними достаточно большого запаса специального активного тела и/или горючего, а также необходимость систематически пополнять этот запас, что не всегда и не везде возможно. Кроме того, активные устройства (использующие горючее) обычно имеют сложное механическое устройство, т.е склонны к самопроизвольным поломкам в результате износа, а также нуждаются в систематической замене своих частей и систематическом же квалифицированном обслуживании.

Предлагаемое изобретение относится ко второму типу: т.е. к способу приведения в движение материальных тел, реализуемому при помощи пассивных движителей, а именно при помощи устройств, использующих естественные (природные) внешние силы для движения.

Наиболее близким по аналогии к предлагаемому способу является способ движения при помощи паруса. Однако необходимо уже здесь отметить, что принципиальное отличие заключается в том, что обычный парус использует силу давления ветра (газа), а предлагаемый способ использует силу давления виртуальных фотонов и других субатомных частиц (см. далее).

Сходство же заключается в том, что парус является устройством, которое также трансформирует силу внешнего воздействия (ветра) в движение (корабля, буера, крыльев мельницы, воздушного змея и т.д.).

В качестве примера использования паруса можно указать патент «Парусное судно» (RU 2419575 от 09/04/2010), в котором парус выполнен жестким в виде прямоугольной рамы с направляющими и жалюзи, причем рама имеет возможность поворота вокруг мачты на 360 градусов.

Естественный недостаток обычного паруса состоит в том, что для его действия необходимо наличие достаточно плотной газовой среды и упорядоченного движения газа в этой среде.

На основе идеи обычного паруса были предложены «солнечные паруса», т.е. космические движители, силу тяги которых обеспечивает давление солнечного излучения. Примером может служить, например, патент «Космический аппарат с солнечным парусом» (RU 2053940 от 14/07/1992).

Естественные недостатки подобного движителя: принципиально малая тяга, пространственная ориентация на неподвижный источник излучения - Солнце, а также уменьшение потока фотонов, а значит и тяги, обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца.

В предлагаемом способе на специальное устройство также действует внешняя природная сила, возникающая в результате эффекта Казимира (поляризации вакуума) или аналогов этого эффекта, которая также трансформируется в общее механическое движение устройства.

Таким образом, предлагаемый способ относится к области создания тяги, путем использования новых физических принципов, как и, например, патент «Электромагнитный двигатель Богданова для создания тяги на новых физических принципах» (RU 2200875 от 17/05/2000).

Собственно эффект Казимира является строго установленным и научно признанным явлением природы. Его теоретическое описание дано, в частности, в статьях:

- Casimir H.B.G. Proc. Kon. Nederl. Akad. Wet. 1948, V.51, P.793;

- "Эффект Казимира и его приложения". В.М.Мостепаненко, Н.Я.Трунов, УФН, 1988, т.156, вып.3, стр.385-426;

- Биррелл Н., Девис П. Квантованные поля в искривленном пространстве-времени. М.: Мир, 1984;

и во множестве других работ.

Эффект экспериментально подтвержден, начиная с:

- Sparnaay M.Y.Phisica 1958, V.24, Р.751;

- S.K.Lamoreaux 1997, Demonstration of the Casimir force in the 0.6 to 6 micrometer range, Phys. Rev. Lett. 78,5;

и вплоть до современных работ.

Экспериментально установленный эффект Казимира заключается в том, что виртуальные фотоны, рождающиеся между проводящими поверхностями (зеркалами), не могут иметь любое значение энергии, в отличие от виртуальных фотонов, образующихся снаружи зеркал. Это приводит к наблюдаемому и измеренному в многочисленных опытах давлению на поверхности (зеркала) в направлении снаружи-внутрь, т.е. друг к другу (фиг.1). Под аналогами эффекта Казимира подразумеваются аналогичные эффекты, в которых участвуют не только виртуальные фотоны, но и любые другие виртуальные частицы.

Сила (на единицу площади), появляющаяся в результате эффект Казимира, вычисляется по формуле F=-(π**2/240)(ħ*c/d**4), где ħ - постоянная Планка, с - скорость света, d - расстояние между отражающими поверхностями, минус показывает, что это сила стремится сблизить пластины.

В силу природы этого эффекта силы, им создаваемые, имеют несколько важных для предлагаемого изобретения свойств.

Во-первых, эти силы присутствует везде. Т.о., движитель, использующий их, также может работать повсюду: в космосе, в атмосфере, в гидросфере, под землей.

Во-вторых, с теоретической точки зрения величина возникающей силы не имеет верхнего предела. По крайней мере, этот предел на сегодня даже теоретически неизвестен. Доступная сила тяги ограничивается чисто технологическими причинами - точностью изготовления движителя и материалами, которые используются для этого.

В-третьих, сила обратно пропорциональна четвертой степени расстояния между пластинами, т.е. любое технологически возможное уменьшение расстояния между отражающими поверхностями дает существенное увеличение силы. Так, в экспериментах регистрируются силы порядка 1е-7 ньютонов при расстояниях порядка микрометров, тогда как при расстоянии между пластинами в 10 нм давление силы Казимира достигнет порядка атмосферного давления.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является создание устройства-движителя, непосредственно использующего указанный эффект для приведения его (устройства) в механическое движение.

Технический результат: получение ускоряющей силы, достигается за счет специальной геометрии и материалов устройства, реализующего предлагаемый способ. Ускоряющая сила возникает в результате разницы в воздействии виртуальных фотонов и/или любых других виртуальных частиц на рабочие поверхности изнутри устройства и снаружи.

Сущность предлагаемого изобретения, т.е. способа для приведения в движение различных тел при помощи эффекта Казимира и/или аналогичных ему, поясняется фиг.2. На этом рисунке представлен общий вид рабочих отражающих поверхностей, находящихся под углом друг к другу, показаны составляющие сил, действующих на эти поверхности, и указано направление действия нескомпенсированной составляющей силы.

Для того чтобы не загромождать рисунок, на фиг.2 показана сила, действующая только на одну рабочую поверхность (в данном случае - левую). На другую рабочую поверхность (правую) действует аналогичная по величине, но зеркально отраженная относительно вертикальной оси, сила (т.е. направленная влево). Т.о., горизонтальные составляющие сил (F компенс.) компенсируют друг-друга, а вертикальные составляющие (F тяги) складываются, что и создает тягу устройства, направленную на рисунке вверх.

Конструкция базового устройства, реализующего предлагаемый способ, заключается в следующем. Базовая конструкция представляет из себя размещенные под углом друг к другу рабочие отражающие поверхности, отражающей стороной внутрь, и жестко соединенные так, что конструкция в плане зрительно напоминает букву V (в пространстве напоминает «уголок»), в результате чего возникает равнодействующая сила, приложенная к конструкции и действующая вдоль оси симметрии V (фиг.3).

Для увеличения силы тяги поверхности должны быть максимально легкими, максимально гладкими, максимально плоскими отражающими поверхностями (зеркалами) с максимальным коэффициентом отражения в максимально широком участке спектра, максимально сдвинутом в область высоких частот (энергий).

После завершения монтажа такой конструкции она автоматически превращается в движитель, т.к. на нее начинает действовать сила виртуальных частиц, направленная от нижней точки V вертикально вверх. Далее это направление будем называть «направление тяги».

Для увеличения тяги движителя, длина этой конструкции («уголка») «в глубину рисунка» делается максимально возможной, а также используется несколько одинаково ориентированных базовых конструкций, которые жестко соединены в отдельные, могущие изменять свою ориентацию в пространстве секции, объединенные в единую пространственную сборку, и в плане зрительно напоминающие несколько букв V V V…V V V (фиг.4а и 4б). Все базовые устройства должны быть одинаково ориентированны по вертикали.

Такие сборки могут собираться в любые, сколь угодно крупные конструкции. Равнодействующая сила будет действовать в указанном «направление тяги».

Указанные сборки должны закрепляться на подвесах, позволяющих произвольно, но контролируемо ориентировать эти сборки в пространстве.

При использовании современных передовых, но доступных материалов и технологий, силу, возникающую в результате эффекта Казимира, можно оценить примерно в 15 дин на 1 м длины движителя, что будет вызывать ускорение (при учете массы только самого движителя) около 0.2 м/с**2. Этих величин уже достаточно для использования устройств на основе предлагаемого способа в роли космических движителей малой тяги.

Использование устройства, реализующего предлагаемый способ, осуществляется следующим способом.

После завершения монтажа указанных сборок они автоматически превращаются в движитель, стремящийся двигаться в «направление тяги».

Т.к. сборки могут контролируемо поворачиваться, это обеспечивает управление направлением и величиной тяги всей конструкции (аппарата). Например, в случае двух сборок управление осуществляется следующим образом.

При ориентации сборок так, что каждая из их «направлений тяги» окажется на одной оси, но будет противоположно направлена, общая сила тяги всей конструкции (аппарата) будет равна нулю (фиг.5).

Сориентировав сборки в неком заданном направлении, мы получим сложение их «направлений тяги» и, как следствие, тенденцию для аппарата двигаться в этом же направлении. На фиг.6 сборки повернуты так, что их «направления тяги» параллельны и работают в одном направлении. Общая сила тяги равна сумме тяги сборок и направлена по стрелке.

Таким образом, путем изменения ориентации в пространстве отдельных секций изменяется направление и величина суммарной действующей силы, т.е. изменение ориентации сборок позволяет управлять как общим «направлением тяги» всей конструкции (включающей все сборки), так и общей величиной тяги или, иначе говоря, полностью контролировать движение конструкции в пространстве.

Примеры других вариантов формы базовых устройств (с другой геометрией рабочих отражающих поверхностей) показаны на фиг.7.

В частности, в пирамидальных базовых конструкциях рабочие отражающие поверхности являются внутренними поверхностями объемных тел, а именно пирамид с любым числом граней и любым соотношением размеров сторон граней у основания. В конических базовых конструкциях рабочие отражающие поверхности являются внутренними поверхностями объемных тел, а именно конусов, имеющих круглое либо эллипсовидное основание, причем эксцентриситет эллипса может иметь любое значение.

Областями применения предлагаемого способа могут быть любые области, где требуется движитель.

В первую очередь использование предлагаемого способа и устройств, реализующих его, ожидается в космонавтике, в качестве маневровых, или разгонных движителей малой тяги. Для этого в качестве таких движителей могут устанавливаться контролируемо ориентируемые в пространстве вышеописанные сборки.

Применение способа также ожидается для агрегатов, аналогами которых служат ветряные мельницы и турбины гидроэлектростанций. Для этого, вместо лопаток турбины гидроэлектростанции, на ось генератора в определенном положении устанавливаются сборки, реализующие предлагаемый способ. Установка производится таким образом, чтобы «направление тяги» всех сборок было направлено в одну сторону: по часовой, или против часовой стрелки тангенциально к окружности, на которой они устанавливаются. В качестве примера на фиг.8 приведен эскиз электрогенерирующего агрегата с использованием сборок из базовых устройств, реализующих способ приведения в движение тел при помощи эффекта Казимира и/или его аналогов. Общее направление силы тяги на рисунке тангенциально к окружности, против часовой стрелки.

Аналогом подобного агрегата, но использующим силу ветра, служит, например, патент «Ветродвигатель» (RU 2307950 от 24/07/2006), который описывает конструкцию с вертикальным расположением оси генератора и жесткими парусами/крыльями, приводящими его в действие.

Таким образом, использование изобретения на практике реализует способ приведения в движение тел при помощи эффекта Казимира и/или его аналогов посредством универсальных пассивных движителей и позволит конструировать и строить широкий круг устройств на их основе.

1. Способ приведения в движение тел при помощи эффекта Казимира, который заключается в том, что ускоряющая сила возникает в результате разницы в воздействии виртуальных фотонов или любых других виртуальных частиц на рабочие отражающие поверхности изнутри базового устройства и снаружи, причем базовое устройство представляет из себя боковую поверхность пирамиды с любым числом граней, а также с любым соотношением размеров граней у основания, либо конуса, имеющего круглое или эллипсовидное основание, причем эксцентриситет эллипса может иметь любое значение, при этом указанная поверхность должна быть максимально лёгкой и максимально гладкой, с максимальным коэффициентом отражения, максимально сдвинутым в область высоких частот (энергий), в результате чего возникает равнодействующая сила, приложенная к этому базовому устройству и действующая вдоль его оси симметрии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно используется несколько одинаково ориентированных базовых устройств, которые жестко соединены в отдельные, могущие изменять свою ориентацию в пространстве секции, причём указанные секции объединены в единую сборку, в т.ч. и многоуровневую.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что путем изменения ориентации в пространстве отдельных сборок изменяется направление и величина суммарной действующей силы.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что сборки закрепляются в любой необходимой точке устройства, конструкции или произвольного материального тела для приведения его в направленное движение.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что сборки закрепляются под углом к любой или нескольким осям инерции или осям вращения устройства, конструкции или произвольного материального тела для приведения во вращательное движение этих устройств, конструкций или и материальных тел.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что сборки закрепляются таким образом, что приводят во вращательное движение ось электрогенератора.