Is dit een perpetuum mobile ?

[Benm]

^^ dat dan weer niet. Diamagnetisch gestabiliseerde levitatie is een heel reeele mogelijkheid, ik heb hier zelfs een leuk testopstellingkje staan (al jaren). De gebruikte Nd magneten verliezen bij kamertemperatuur hun magnetisatie nooit. Dat is overigens ook niet nodig, ze dragen geen energie over aan wat er zweeft.

Of het wrijvingsloos is: in de praktijk niet, alleen al door de luchtweerstand. Een snel draaiend (zeg 1000 rpm) kubusvormig magneetje komt binnen minuten tot stilstand door luchtwrijving.

Zou het systeem perfect gebalanceerd en symetrisch zijn, en in vacuuum, dan is het een wrijvingsloze ophanging zolang er geen externe factoren zijn. Dat laatste gaat in de praktijk overigens lastig, het aardmagnetsich veld is al een storende factor die de symetrie verstoort en daarmee eddy currents in de stabiliserende platen veroorzaakt.

[Bartjes]

Dat er allerlei praktische moeilijkheden zijn weten we wel. De enige interessante vraag is - volgens mij - of er in het theoretisch ideale geval tussen de rollen in compenserende tegenkrachten optreden die deze pm onmogelijk maken.

[verbunt]

Juist: en voor die kracht zouden we een berekening moeten hebben, dan kan je uitrekenen of er een resulterend koppel op de rollen overblijft.

De meniscus wordt gevormd door 1- de adhesie krachten tussen het glas en de vloeistof, 2- de cohesie kracht tussen de watermoleculen onderling en 3- de zeer geringe kracht tussen atmosfeer en vloeistof. Deze 3 krachten zijn op zich constant. Maar de resultante van deze 3 krachten wordt BLIJKBAAR ook beinvloedt door een 4e kracht die afhankelijk is van de "grootte" (de radius dus) van de meniscus. Bij een kleinere meniscus BLIJKT de resulterende neerwaartse kracht af te nemen. Bij de opstelling met de 2 platen zal de balans verdraaien OOK ALS DE PLATEN NOG NIET HELEMAAL TEGEN ELKAAR AANKOMEN ! en er dus sprake is van een capillaire kolom (met zeer kleine meniscus) tussen de platen.

[verbunt]

Helaas hebben de reacties tot dusver geen licht gebracht in deze puzzle. Met uitzondering van de reactie(s) van Hr. Bartjes, gingen ze vrijwel uitsluitend over praktische problemen die voor een theoretische aanpak niet ter zake doen. Alleen Hr. Bartjes blijkt te begrijpen dat er "andere krachten" een rol moeten spelen of dat er anders geen reden te bedenken is waarom dit geen perpetuum mobile zou zijn. Ik heb het probleem enige dagen ook voorgelegd aan: Donald E. Simanek, Emeritus Prof. of Physics, Lock Haven University of Pennsylvania Die heeft o.a. een pagina waarin hij alle ppm ontwerpen behandeld en laat zien waarom ze niet werken ! http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/unwork.htm

Hij vond mijn idee interessant genoeg om er aandacht aan te besteden, maar kon ook niet direkt aangeven

waarom het niet zou werken. Hij heeft enkele collega's gevraagd commentaar te leveren maar tot dusver zonder dat er een verklaring kon worden gegeven.

Wel is men het erover eens dat de meniscus een neerwaartse kracht uitoefent. Maar waarom een cylinder dan niet gaat draaien als die kracht slechts op 1 zijde van de cylinder aangrijpt blijft een onbeantwoorde vraag.

Ik heb mijn engelse pagina http://www.hartool.nl/perpetuummobilex.htm inmiddels aangepast en het filmpje wat voor nogal wat verwarring zorgde weggelaten.

[eendavid]

Dergelijke zaken kan je het eenvoudigst begrijpen door naar de energie te kijken. Wegens de adhesie tussen plaat en water, is het energetisch een beetje extra gunstig om zoveel mogelijk contactoppervlak onder water te houden. Dat betekent dus inderdaad dat wanneer je 4 raakvlakken hebt de afgeleide van de contactenergie naar de hoogte van de plaat 2 maal zo sterk is als wanneer je 2 raakvlakken hebt. Dit verklaart je eerste experiment: de kracht inwerkend op de platen minus de zwaartekracht en archimedeskracht zal dubbel zo groot zijn wanneer je de platen niet tegen elkaar brengt.

Voor de situatie met de cilinder(s) kan je echter geen krachtmoment te wijten aan dergelijke effecten vinden. Ik denk dat dit voor zichzelf spreekt: door de cilinder te laten draaien is er geen extra contactoppervlak met het water, en dus zal de afgeleide van de energie naar de verplaatsing (en dus ook de kracht) 0 zijn.

[Bartjes]

Nog een eenvoudiger versie:

pm met enkele rol.JPG (6.8 KiB) 1258 keer bekeken

[eendavid]

Zelfde principe: het is niet het al dan niet vormen van een meniscus dat belangrijk is; het is het al dan niet vergroten van het contactoppervlak na de verplaatsing.

[verbunt]

Zelfde principe: het is niet het al dan niet vormen van een meniscus dat belangrijk is; het is het al dan niet vergroten van het contactoppervlak na de verplaatsing.

NA DE VERPLAATSING Welke verplaatsing ? Er is alleen verplaatsing als de cilinder draait dacht ik.

[Bartjes]

De discussie draait in een rondje. Een perpetuum mobile op basis van een cyclisch proces zou niet mogen werken, want na één cyclus bevat het systeem weer de zelfde energie als ervoor. Maar in de praktijk treden altijd verliezen op, dus moet de beweging op zeker moment ophouden.

De grap van een veronderstelde perpetuum mobile is echter nu juist om uit te vogelen wat er niet klopt aan het krachtenverhaal op grond waarvan het apparaat wél lijkt te moeten werken.

[eendavid]

Wel ja, verplaatsing, translatie, rotatie,... afhankelijk van de geometrie van de opstelling gebruik je een andere naam. Het gaat erom dat een kracht optreedt wanneer een kleine verandering resulteert in een lagere energie. De kracht die je hier bespreekt is een kracht te wijten aan het feit dat het voor water energetisch gunstig is om dicht bij de plaat te zijn. Dus een groter contactoppervlak tussen water en plaat levert een lagere energie. Dat is de reden dat je een extra kracht waarneemt bij de platen: de platen worden in het water getrokken, omdat dit energetisch gunstiger is. Bij de cilinders is zo'n kracht er niet: bij de rotatie blijft het contactoppervlak gelijk.

Dat is een abstracte manier om te zeggen dat de kracht die je bespreekt er wel degelijk is, maar te maken heeft met adhesiekrachten, en bestaat onafhankelijk van de meniscus (en dus gelijk is langs beide kanten). Je zou bijvoorbeeld wél een rotatie waarnemen wanneer je een cilinder maakt die langs één kant van plexiglas en langs de andere kant van glas is. Of bijvoorbeeld langs één kant met boter ingesmeerd en langs de andere kant niet. De kant die correspondeert met de kleinste contacthoek zal (wanneer de wrijving voldoende klein is) in het water worden getrokken. Ook daar heb je uiteraard niet de situatie van een krachtenmoment dat continu in dezelfde richting georiënteerd is.

@ Bartjes: Ik vermoed dat die opmerking over mijn post gaat? Met alle respect, maar het is onnozel dat je over 'verliezen' begint. In mijn post staat nergens iets over verliezen, het gaat uitsluitend over krachten. Het lijkt me nuttig ons te beperken tot inhoudelijke reacties.

[Bartjes]

@ Bartjes: Ik vermoed dat die opmerking over mijn post gaat? Met alle respect, maar het is onnozel dat je over 'verliezen' begint. In mijn post staat nergens iets over verliezen, het gaat uitsluitend over krachten. Het lijkt me nuttig ons te beperken tot inhoudelijke reacties.

Je verhaal zal ongetwijfeld kloppen. Mijn punt is echter dat het geen antwoord geeft op de vraag die in dit topic gesteld wordt. Wat hier gevraagd wordt is een uiteenzetting van het krachtenspel op de cilinder waaruit duidelijk wordt dat er geen (blijvend) koppel op die cilinder werkt. Wanneer je de resulterende krachten uit een energiebeschouwing afleidt, blijft precies de moeilijkheid waar het om gaat buiten beeld. Op die manier kan je op abstracte wijze van allerlei apparaten aantonen dat ze geen perpetuum mobile zijn, zonder dat het voor de bedenker duidelijk wordt waar de fout zit.

[eendavid]

Irrelevant. Elke conservatieve kracht (en de kracht waarover we het hier hebben is conservatief) kan besproken worden met behulp van energie, en de manier waarop je het argument formuleert (met pijltjes in een tekening of in termen van de energie) verandert niets aan het argument zelf.

Het enige dat je moet begrijpen om te weten waarom de PM niet werkt, is dat de kracht niet afhangt van de meniscus maar van de adhesiekrachten. Dus dat er op de cilinders langs beide kanten een even grote neerwaartse kracht heerst. Ik heb mbv energie proberen duidelijk maken waar deze kracht vandaan komt. Maar dat is niet nodig, en je kan hetzelfde verhaal ook vertellen op basis van de som van microscopische krachten, alleen wordt het dan een ingewikkelder verhaal. Het geeft altijd hetzelfde resultaat: er ontstaat alleen een netto kracht wanneer het contactoppervlak vergroot. Bijvoorbeeld in jouw tekening waar het praktische probleem zou zijn dat er een lek is, het je aan heb lekcontact een opwaartse kracht die even groot is als de neerwaartse kracht aan het wateroppervlak. Bij de draaiende cilinders heb je geen moment omdat de kracht links en rechts even groot is (als het oppervlak overal van hetzelfde materiaal is). Etc.

[Erik Leppen]

Nu ben ik geen natuurkundige, maar het eerste dat in me opkwam nadat ik ging nadenken over deze vraag is: als de cilinder draait, dan moet aan de kant waar de cilinderwand omhoog gaat, het water van de cilinder "afdruipen". Dat kost energie.

Zo zou ik het zeggen, maar ik weet niet of het hout snijdt...

[verbunt]

Je zou bijvoorbeeld wél een rotatie waarnemen wanneer je een cilinder maakt die langs één kant van plexiglas en langs de andere kant van glas is. Of bijvoorbeeld langs één kant met boter ingesmeerd en langs de andere kant niet. De kant die correspondeert met de kleinste contacthoek zal (wanneer de wrijving voldoende klein is) in het water worden getrokken. Ook daar heb je uiteraard niet de situatie van een krachtenmoment dat continu in dezelfde richting georiënteerd is.

Wanneer jij stelt dat een clinder die aan de ene kant van glas is en aan de andere kant van plexiglas wel zou draaien (althans 180 graden), dan zeg je dus dat er wel draaiing kan optreden als de combinatie cilinderwand/water aan de ene kant anders is als aan de andere kant ! Bij mijn laatste voorbeeld met de holle cilinder is die combinatie aan de ene kant OOK anders als aan de andere kant ! Waarom zou die dan niet tot draaiing leiden ? Het voordeel van mijn voorbeeld is natuurlijk dat deze draaiing (alles in theorie natuurlijk) blijft doorgaan !

[eendavid]

Ik ben niet 100% zeker dat ik die configuratie begrijp. Begrijp ik het goed dat je een soort membraan creëert, zodat je rechts detergent hebt en links enkel water?

In die situatie heb je ook netto adhesieve krachten aan het membraan, zo dat het oppervlak van de plaat/cilinder naar het water wordt getrokken. Dus ook dan heb je geen krachtmoment: aan het water-luchtoppervlak links heb je een neerwaartse kracht die gelijk is aan de linkswerkende kracht aan het water-detergent oppervlak.

Maar misschien bedoel je iets anders. Je kan natuurlijk heel veel variaties bedenken, de ene al praktischer dan de andere, maar de conclusie zal altijd zijn: er is enkel een kracht wanneer je meer (of beter) contactoppervlak met het water kan bekomen.