كيفية الحصول على طاقة مجانية من البندول

سنحاول في هذا المنشور أن نفهم كيف يمكن استخدام آلية البندول لتحقيق المزيد من الحصانة وتوليد الكهرباء في شكل طاقة مجانية.

مبدأ عمل البندول

نعلم جميعًا وقد رأينا عمليًا كيف يعمل البندول أو يتذبذب. من الناحية الفنية ، يمكن تعريفها على أنها آلية مكونة من عمود بوزن معلق عند نهايته السفلية ، ويتم تعليق الطرف العلوي من العمود فوق محور ثابت ، مثل أنه عندما يُعطى الوزن دفعة يدوية ، يكون العمود مدفوعًا بحركة تأرجح جانبية حيث تتعرض النقطة المحورية لإزاحة دنيا أو صفرية مقارنة بنهاية الوزن التي تخضع لأقصى قدر من الإزاحة النسبية أثناء استمرار التذبذب.

يمكن اعتبار البندول كواحد من أكثر الآليات كفاءة ، تمامًا مثل آلية الرافعة التي لديها القدرة على إنتاج مخرجات 'العمل' والتي قد تكون أعلى بكثير من 'العمل' المنجز عند الإدخال.

يمكن ملاحظة ذلك من خلال حقيقة أن البندول قادر على الحفاظ على حركة تأرجح قوية لفترة طويلة جدًا حتى مع وجود قدر ضئيل من القوة المطبقة بواسطة الضغط اليدوي عليه. يتم تحقيق نسبة عالية من المدخلات والمخرجات التي يقوم بها البندول بسبب قوتين خارجيتين تعملان على النظام ، وهما قوة الجاذبية وقوة الطرد المركزي.

نسبة عمل المدخلات والمخرجات

يمكن استنتاج نسبة العمل إلى الناتج من خلال دراسة هذا المثال البسيط:

افترض أن البندول في حالة سكون في مركز جاذبيته. لنفترض أنه تم تطبيق دفعة خارجية على كتلة البندول بحيث يتم إزاحتها ببعض الحركة الزاوية الصاعدة لمسافة 4 بوصات ، ولكن بسبب تأثير الجاذبية ، تحاول الكتلة استعادة موقعها وفي هذه العملية يخضع البندول حركة معاكسة حتى تعود إلى مركز جاذبيتها ، ولكن بسبب الاحتكاك المنخفض للغاية عند الطرف المحوري ، فإن الكتلة غير قادرة على الاحتفاظ بمركز الجاذبية وتضطر إلى الاستمرار في الحركة التي تعبر مركز الجاذبية نقطة حتى تصل إلى الطرف الأقصى الآخر ، وتأخذ العملية شكل تذبذب ذهاب وإياب.

تقييم المفرط الخفي في البندول

لنفترض أن القوة اليدوية الأولية التي تزيح البندول هي حوالي 4 بوصات ، وبعد ذلك عندما يتأرجح البندول ، يمكننا أن نفترض أن الحركات الناتجة هي مخرجات من البندول بطريقة تتحلل ببطء من:

0 إلى 4 (دفع أولي)
ثم 4 إلى 0 ، ثم من 0 إلى 3 في الطرف الآخر ،
ثم 3 إلى 0 ،
ثم 0 إلى 2
ثم 2 إلى 0 ،
ثم 0 إلى 1 ،
وأخيراً 1 إلى 0 (توقف البندول).

عند إضافة المخرجات ، نجد أن النتيجة هي 4 + 3 + 3 + 2 + 2 + 1 + 1 = 16 استجابةً لدفع 4 ، وهذا يعني أن المخرجات تزيد بنحو 4 أضعاف عن المدخلات.

عيب البندول

ومع ذلك ، فإن أحد عيوب البندول هو أنه تمامًا مثل أي آلية أخرى ، فهو مقيد للغاية بموجب القانون الأول للديناميكا الحرارية ، وبالتالي فإن تأثيره المتأرجح يتباطأ تدريجيًا حتى يصل في النهاية إلى التوقف.

على أي حال ، سيكون من المثير للاهتمام هنا التحقيق في كيفية جعل الكفاءة القصوى للبندول للقيام ببعض الأعمال المفيدة وأيضًا كيف يمكن الحفاظ على التذبذبات بشكل دائم بواسطة قدر ضئيل من القوة الخارجية

تحقيق الإفراط في البندول

بالإشارة إلى الصورة أعلاه ، يُظهر الإعداد عمود بندول متصل بمغزل محرك. يحتوي قضيب البندول على كتلة كروية ثقيلة متصلة بنهايته السفلية ، والكتلة بها مغناطيس دائم عالق عند الحافة السفلية.

يمكن أيضًا رؤية مفتاح القصب موضوعًا داخل المحور المركزي لكتلة البندول الذي يعبر مركز جاذبيته ، بحيث عندما يكون البندول في حالة حركة ، فإن المغناطيس الموجود على كتلة البندول 'يقبل' بعد مفتاح القصب. في كل مرة يحدث هذا ، يغلق مفتاح القصب ملامسه الداخلي للحظات ويتحرر بمجرد عبوره البندول.

يتم توصيل أسلاك المحرك بآلية ترحيل ، بينما يتم تكوين مفتاح القصب بدائرة فليب فليب ، كما يمكن تعلمه من المناقشة التالية:

كيف تعمل

الهدف هنا هو تزويد المحرك بدفعات دورانية لحظية في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة بحيث يتم الحفاظ على حركة تأرجح البندول المرتبطة بمغزلها بشكل دائم.

يعمل المحرك هنا كمحرك وأيضًا كمولد يتلقى نبضات الاستدامة من البطارية من أجل الحفاظ على ركلة البندول ، كما يولد في نفس الوقت طاقة شحن البطارية ، ولكن بمعدل أعلى بكثير من معدل النبض .

يمكن فهم عمل الدائرة لمولد الطاقة الحرة البندول المقترح بمساعدة النقاط التالية:

يشكل IC 4017 دائرة فليب فليب بسيطة تقوم بتبديل مخرجاتها بالتناوب بين التشغيل والإيقاف استجابةً للنبضات من مفتاح القصب في دبوسها رقم 14.

يقوم مفتاح التشغيل / الإيقاف البديل عند خرج IC بتشغيل محرك الترحيل في المقابل ويقوم بتبديل مرحل DPDT عند كل تقاطع لكتلة البندول عبر مرحل القصب.

في اللحظة التي تعبر فيها كتلة البندول القصبة ، يتم إغلاق ملامسات القصب مما يتسبب في حدوث نبضة الزناد عند الدبوس رقم 14 من IC والذي بدوره يقوم بتبديل التتابع ، ويقلب المرحل قطبية الجهد المتصل بالمحرك بحيث تكمل النبضة اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة حركة البندول ، مما يعزز حركة التأرجح للبندول قليلاً في كل دورة من دورات التأرجح.

إن وجود سلسلتين من المكثفات مع ملامسات الترحيل يضمن أن النبضة مؤقتة فقط وأن طاقة فئوية فقط تستخدم للحفاظ على تأرجح البندول.

في غضون ذلك ، تنتج حركة البندول ما يكفي من الكهرباء للحفاظ على البطارية مشحونة لدرجة تصبح فيها طاقتها كافية لاستخدامها في تشغيل بعض الأدوات الخارجية الأخرى.