3.3 Кориолисов усилитель. Ориентация передатчика. Диаграмма направленности излучения

Пирамида должна быть точно ориентирована по сторонам света. Правильная ориентация пирамиды позволяет: -вдвое увеличить полезную мощность волнового сигнала за счет силы Кориолиса. -сделать круговой диаграмму направленности инфразвукового излучения пирамиды (т.е. во все стороны света). Кориолисова сила. Кориолисова сила возникает при перемещении объекта, по поверхности вращающегося тела. Перемещаемый объект должен обладать массой и силой трения, которой он связан с телом вращения. Рис.9 Возникновение силы Кориолиса, при перемещение объекта из точки 1 в точку 2. Если объект находится на постоянно вращающемся теле, то он имеет мгновенную скорость V₀=2*3.14*R₀/T. Если начать перемещать объект от оси вращения, то его мгновенная скорость начнёт увеличиваться V₁=2*3.14*R₁/T, так как R₁>R₀. Изменение скорости это ускорение, а значит, на объект будет действовать сила, которую называют силой Кориолиса. Интуитивно понятно, что толкать медленный объект будет более быстрое тело вращения за счёт силы трения. При этом объект будет ускоряться, накапливая кинетическую энергию, получаемую им от тела вращения. В противоположном случае, когда объект начнёт приближаться к оси вращения, сила Кориолиса начнёт тормозить его, то есть поменяет направление на противоположное. Объект будет отдавать свою кинетическую энергию вращающему телу, ускоряя его вращение. Кориолисова сила используется в современной техники: -кориолисовы расходомеры, измерители массы потока- основное средство измерения потока газа и нефти. -кориолисовы регуляторы оборотов двигателей внутреннего сгорания. Люди давно используют силу Кориолиса в танцах. Танцоры раскручиваются с размахнутыми руками, после чего прижимают руки к телу заставляя силу Кориолиса увеличивать обороты тела. Кориолисова сила в пирамидальных передатчиках. Пирамида должна быть четырёхгранной и точно ориентирована по сторонам света. В такой пирамиде есть две перпендикулярные плоскости качания, направленные через противоположные грани. Качаться в других направлениях мешают ребра пирамиды. Звуковой вибратор под пирамидой является дипольным вибратором, который имеет диаграмму направленности в виде восьмерки. То есть, волновая энергия от такого вибратора распространяется в пространство перпендикулярно его плоскости и не распространяет вдоль вибратора. Плоскость волнового вибратора направлена на север. Звуковая волновая энергия, созданная ветром, раскачивает пирамиду с помощью вибратора с юга на север. В результате этого движения меняется расстояние до оси планеты, что вызывает возникновение силы Кориолиса, которая раскачивает пирамиду с востока на запад. Причем делается это, за счет энергии вращающейся планеты. Теперь если посмотреть на пирамиду сверху, то её вершина будет совершать круговое движение по часовой стрелки. При движении пирамиды на север будет возникать сила Кориолиса направленная на восток. При движении пирамиды на юг будет возникать сила Кориолиса направленная на запад. В результате инфразвуковая волна будет распространяться круговым движением во все стороны света. Оценочный расчёт мощности создаваемой силой Кориолиса. Выведем формулу, для расчёта максимальной мощности потребления энергии, создаваемой силой Кориолиса, предметом вибрирующим на сферической поверхности вращающегося тела. Предмет перемещает к полюсу (из точки 1 в точку 2 по поверхности сферы) за время равное половину периода инфразвуковой волны (12.25Гц) т.е. t=0.5/12.25=0,04 секунды. Для упрощения расчетов будем считать форму планеты вращающимся шаром. Рассчитаем мощность при движения предмета из точки 1 в точку 2. Кинетическая энергия в точке 1 и 2: E₁=m*V₁²/2  E₂=m*V₂²/2  где: m- масса пирамиды; V₁, V₂ - мгновенная скорость в точках 1,2. Скорость движения на поверхности сферы:  V₁=2*p*R₁/T  V₂=2*p*(R₁+L)/T , где: T=24*60*60=86400 c, период вращения планеты; R₁- радиус траектории для точки 1; L=(R2-R1)- разница расстояний до оси планеты между точками 1 и 2; p=3.14, число пи. Работа, совершаемая силой Кориолиса: A=E₂-E₁= m/2*V₂² - m/2*V₁² = m/2 *((2*p*(R₁+L)/T)² - (2*p*R₁/T )²) A=m/2*4*p²/T²*(R₁² + 2*R₁*L + L² -R₁²) A=2.64*10^-9*m*(2*R₁*L+ L²) Округлим отбросив незначительную часть L²: A=5.28*10^-9*m*R₁*L Вычислим мощность, как работу за единицу времени для частоты вибрации 12.25 Гц: P=A/t=A/0.04=1.32*10^-7*m*R₁*L где: t- время за которое совершено движения, t=1/2/12.25=0.04 c, половина периода частоты колебания в 12.25 Гц. Рассчитаем эту формулу для планеты, с учтём влияние географической широты: L=sin(a)*S - зависимость разности расстояния до оси между точками 1 и 2 от географической широты в данной точке. где: L=(R2-R1)- разница расстояний до оси планеты между точками 1 и 2; a- градус широты; S- путь по поверхности шара между точками 1 и 2 в направлении полюса. Формула для расчёта максимальной возможной мощности тела под действием силы Кориолиса, при вибрации(движении) тела на частоте 12.25 Гц: P=1.32*10^-7*m*R*sin(a)*S . где: m- масса генератора; R- расстояние до оси планеты; a- географическая широта; S- амплитуда вибрации в направлении север-юг. Если учесть, что R=Rземли*cos(a)=6366197*cos(a) -т.е. радиус в данной точке зависит от широты, то формула примет вид: P=0,84*m*cos(a)*sin(a)*S=0,84*m*sin(2*a)/2=0.42*m*sin(2*a)*S. Окончательная формула оценки максимальной мощности потребляемой энергии, создаваемой силой Кориолиса, вибрирующим предметом с частотой 12.25 Гц, находящегося на поверхности вращающейся шара радиусом 6366197 метров, с периодом вращения T=86400 секунд: P=0.42*m*sin(2*a)*S. где: m- масса тела; а- градус географической широты S-путь пройденный телом в направлении полюса за время равное 0,04 секунды (1/2 периода звуковой волны частотою 12.25 Гц) Таким образом, мощность создаваемая силой Кориолиса зависит от массы, широты,и амплитуды колебания. Например, при вибрации пирамиды Хеопса c частотой 12.25 Гц и амплитудой в 1мм, максимальная мощность создаваемая силой Кориолиса будет равна: P=0.42*6.5*10⁺⁹*sin(2*30)*10^-3=2364249 Вт = 2.4 МВт Благодаря правильной ориентации пирамиды по сторонам света можно удвоить мощность передатчика и сделать диаграмму направленности излучения круговой. Географическая широта в 45 градусов наиболее выгодная позиция пирамидального ветрового инфразвукового генератора SCIROCCO, так как sin(2*45)=1.