برای مشاهده ویدیوی «خلاصه تصویری» این اختراع اینجا کلیک نمائید
◉ مقدمه و اهداف:
در طراحی و ایده ساخت یک نیروگاه تولید برق با استفاده از نیروی جاذبه زمین, من از قانون دوم نیوتن برای ساخت موتور گرانش چنین نیروگاهی استفاده کردم. بر طبق این قانون گشتاور خالص وارده بر یک جسم چرخان با شتاب زاویهای آن جسم و همچنین گشتاور اینرسی آن نسبت مستقیم خواهد داشت و به بیان دیگر, گشتاور اینرسی معیاری از مقاومت جسم در برابر شتاب چرخشی آن است که به جرم جسم و نحوه توزیع آن جرم نسبت به محور چرخش بستگی دارد. این همان نقطه مهم و کلیدی بود که من برای ساخت یک موتور گرانش بر روی آن متمرکز شدم و تست های شبیه سازی بسیاری با استفاده از نرم افزارهای سیمیولیشن مهندسی و در یک محیط کاملا منطبق با رفتارهای نیروهای فشار و سایر پارامترهای فیزیکی دنیای واقعی, مورد آزمایش قرار دادم.
مطایق آنچه که در ویدیوی انتهای این مقاله قابل مشاهده است پس از تست های بسیار زیاد "شبیه ساز فیزیک" نهایتا نتیجه مطلوب بدست آمده از آخرین تست بسیار دقیق و اعجاب انگیز بود و توانستم یک موتور سه مرحله ای گرانش را فقط با نیرو های گریز از مرکز و جاذبه زمین به کار بیندازم. در این شبیه سازی تمام نیروهای فورس از قبیل اصطکاک, چگالی هوا, جرم جسم, دمای محیط و فشار آن بر جرم ماده, تغییر مسیر و فشار باد, شتاب گرانشی جاذبه زمین به میزان ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه (m/s²) و سایر عوامل طبیعی نظیر سایش اتصالات سازه موتور با استفاده از کامپیوتر مورد محاسبه دقیق قرار گرفت. بعبارتی عملکرد چنین سازه بزرگی برای استفاده از نیروی جاذبه زمین کاملا بر پایه محاسبات علم فیزیک بوده و تحقق آن در ابعاد واقعی امکان پذیر است.
همانگونه که واضح است نیروی جاذبه زمین یکی از قدرتمندترین و مهمترین نیروهای طبیعی است که بطور مستقیم یا غیر مستقیم بر محاسبات تمامی واکنش های فیزیکی بر روی کره زمین تاثیر گذاری انکار ناپذیری دارد. نیروی گرانش نه تنها دارای اهمیت بسیار زیاد برای ادامه سیکل متوازن حیات بر روی کره زمین است بلکه بعنوان یکی از عوامل مهم واکنش های اخترفیزیک (Astrophysics) در فضا نیز محسوب می شود چنانکه طبق نظریه نسبیت عام اینشتین گرانش به عنوان یک اثر هندسی در فضا-زمان تعریف می شود زیرا اجرام با جرم خود، فضا-زمان را خم میکنند و این خمیدگی به عنوان گرانش شناخته میشود. جاذبه سیارات بر یکدیگر، بر اساس جرم و فاصله آنها، بر مدار و حرکت سایر سیارات تأثیر شدید میگذارد و میتواند باعث ایجاد مدارهای بیضوی، کشش و جذب اجرام موجود در فضا و یا حتی گاها باعث برخورد سیارات با یکدیگر شود زیرا گرانش، نیرویی است که اجرام دارای جرم را به سمت یکدیگر جذب می کند. همچنین نیروی گرانش می تواند با ایجاد مدار های حرکتی قدرتمند در طی یک مسیر بیضوی مشخص مانع برخورد سیارات با یکدیگر شود و این نیرو باعث می شود که سیارات در مدارهای خود به دور ستاره ها (مانند خورشید) بچرخند و از برخورد مستقیم با یکدیگر جلوگیری شود. این طراحی بی نقص و بی نظیر خالق کیهان بسیار اعجاب برانگیز است که نیروی گرانش بعنوان یکی از عوامل تاثیر گذار, وظیفه مهم جلوگیری از آشفتگی و ایجاد نظم در گیتی را بعهده دارد.
به بیان دیگر, ما با یک نیروی فوق العاده قدرتمند در محدوده قابل دسترس و شناخته شده کیهان روبرو هستیم که در صورت شناخت و کشف راه های گوناگون استفاده از آن می توانیم به انرژی های بی پایان و پاک بر روی سیاره سبزی که یکی از متوازن ترین نیروهای جاذبه را در درون خود دارد دست یابیم. هرچند استفاده از سوخت های فسیلی و آلاینده محیط زیست یکی از ساده ترین و راحت ترین راه ها برای تولید انرژی الکتریسیته است اما در عین حال نیز یکی از بی رحمانه ترین و غیر مسئولانه ترین اقدامات بشر بر علیه زیستگاه خود "زمین" محسوب می شود. متاسفانه هنوز هستند دولت هایی که بدون توجه به هشدارهای جهانی اما بی پروا سوخت های فسیلی را می سوزانند و هر روز شرایط زیست محیطی را بر روی تنها سیاره قابل سکونت انسان بدتر می کنند.
یکی از اهداف من از خلق ایده های خلاقانه علمی در استفاده از انرژی های پاک, ترویج فرهنگ مسئولیت پذیری در قبال پاک نگه داشتن محیط زیست است چرا که معتقدم هرگز نباید پیشرفت تکنولوژی و تقاضای بیشتر برای مصرف برق را بهانه ای در جهت توجیه تخریب طبیعت و آلوده کردن آب و هوا قرار دهیم. اگر قرار باشد برای رسیدن به قله آرمان های تمام نشدنی تکنولوژی, خانه خود را ویران و غیر قابل سکونت کنیم پس نداشتن و چشم پوشی از چنین پیشرفت های مخربی در تکنولوژی ارجحیت عقلائی به داشتن آن دارد. علیرغم اینکه در سالهای اخیر علاقمندی استفاده از انرژی های جدید و پاک در بین مردم عادی بیشتر شده است اما همچنان چالش نبود برنامه های جدی و قانونی دولت ها برای استفاده از انرژی های تجدید پذیر سرعت حرکت در این مسیر را بسیار کند کرده است. با اینحال در سرتاسر جهان تلاش برای دستیابی به راندمان بالا در تولید انرژی پاک هر روز بیشتر میشود و امیدوارم طرح من نیز بعنوان یک ایده خلاقانه و دوستدار محیط زیست در جهت تولید برق با استفاده از نیروی قدرتمند و پاک جاذبه زمین مورد توجه و توسعه بیشتر قرار گیرد.
◉ توضیحات فنی اختراع:
در طراحی این ایده برای حرکت چرخشی ممتد و بدون توقف یک حلقه به دور خودش, من از تکنیک اصل فیزیکی گیر انداختن محور حلقه در تقابل با فشار نیروی گریز از مرکز استفاده کردم و از آنجایی که بردار سرعت حلقه دائماً در حال تغییر جهت است، بنابراین حلقه در حال چرخش تحت تأثیر نیروی مرکزگرا در جهت مرکز چرخش شتاب میگیرد. حال اگر محیط بیرونی حلقه با تغییر موقعیت کنترل شده و در یک سیکل گردشی, فشار های فیزیکی را بر جرم حلقه وارد کند آنگاه این موضوع منجر به آن می شود که حلقه ما تحت تأثیر نیروی مرکزگرا به حرکت خود تا بی نهایت ( با فرض احتساب ضریب اصطکاک صفر) ادامه دهد. نمونههایی از چنین حرکت هایی را می توانیم در مدارهای دایرهای ماهوارهای به دور زمین و یا الکترونی که عمود بر یک میدان مغناطیسی یکنواخت حرکت میکند مشاهده کنیم. اما این حرکت در جایی مثل کره زمین که در آن نیروهای طبیعی اصطکاک وجود دارد نیاز به یک طراحی پیچیده دارد که بر این سیاق, من راه حلی مناسب و ساده برای فائق شدن بر نیروهای اصطکاک و ادامه چرخش بی پایان این موتور گرانش خلق کردم.
همانگونه که در ویدیوی انتهای این مقاله قابل مشاهده است هر سه حلقه پس از شارژ حرکتی اولیه و به دلیل تاثیر پذیری از قانون دوم نیوتن دچار شتاب تصاعدی در چرخش می شوند که این موضوع ناشی از شتاب زاویه ای جرم هر یک از این سه حلقه است. در حقیقت این افزایش سرعت در چرخش همان نرخ شتاب زاویه ای است که سرعت زاویهای یک جسم با آن تغییر میکند. از منظر قوانین فیزیک, چرخش ممتد یک دایره در درون دایره دیگر به عوامل فیزیکی مختلفی از قبیل جرم خود جسم و ساختار شکل دهنده محیط اطراف آن بستگی دارد. یکی از این عوامل مهم, در نظر گرفتن اینرسی چرخشی هر دو دایره و موقعیت نسبی آنها نسبت به همدیگر است، که به تعیین چگونگی تأثیر نیروهای فیزیک و گشتاورهای اعمال شده بر چرخش دایره داخلی کمک میکند. این چرخش همان قانون دوم حرکت نیوتن (F=ma) است و می توانیم آن را به صورت Στ = Iα بیان کنیم، که در آن Στ مجموع گشتاورها، I گشتاور اینرسی و α شتاب زاویهای است.
از آنجائیکه در فیزیک، حرکت دایرهای یکنواخت، حرکت جسمی را توصیف میکند که با سرعت ثابت، مسیری دایرهای را طی میکند لذا با اتصال هر سه حلقه به بازوهای بلبرینگی ثابت من سعی کردم محور چرخش هر حلقه در زمان های مختلف در یک مسیر دایره ای ثابت باقی بماند. با توجه بر اینکه سرعت، یک کمیت برداری است و به جرم جسم, میزان شارژ فشار اولیه و نیز به جهت حرکت آن بستگی دارد بنابراین برای داشتن شتاب تصاعدی من اندازه محور بیرونی گردش این سه حلقه را به ترتیب از کوچک به بزرگ طراحی کردم تا بصورت تصاعدی سرعت متغیر گردیده و شتاب زاویه ای افزایش یابد زیرا هر چه فاصله نقطه اعمال نیرو از محور چرخش بیشتر باشد، گشتاور نیز بیشتر خواهد بود. از آنجائیکه گشتاور نیرویی است که می تواند حلقه ها را به چرخش در آورد, لذا این شتاب مرکزگرا در طول زمان دارای روندی ثابت خواهد گشت و در همه زمانها شتاب به سمت محور چرخش این موتور گرانش منتقل میگردد زیرا توسط نیروی مرکزگرا در پیرامون سه حلقه تولید شده که این نیرو نیز از نظر روند حرکتی ثابت است و به سمت محور چرخش هدایت میشود.
نکته ای که باید به آن توجه شود این است که در صورت عدم دقت در قرارگیری و تعادل مرکز ثقل حلقه ها, احتمال بروز تغییر سرعت و شتاب در هر یک از سه حلقه به دلیل انحراف موقعیت نسبت به محور وجود دارد بنابراین حتی المقدور می بایست از بالانس تمامی اتصالات بخصوص بازوی بلبرینگی متصل به شافت ژنراتور اطمینان حاصل کنیم. قرارگیری محکم اتصالات به یکدیگر موجب میشود تا از انحرافات ناخواسته حلقه ها در سرعت های بالا جلوگیری شود که ناشی از چرخش مداوم حلقه ها و فشار زیاد نیروی گریز از مرکز هر حلقه داخلی بر حلقه بیرونی است. تنها استثنائی که در مورد عدم بالانس حلقه ها وجود دارد مربوط به حلقه درونی اول در مرکز سایر حلقه ها است که در ادامه دلیل فیزیکی عدم بالانس حلقه اول را توضیح خواهم داد.
بر اساس خواص ذاتی قوانین اول و دوم ترمودآینامیک یعنی روابط دما و انرژی در تولید اصطکاک, ضرورت توجه بر جبران اتلاف انرژی در این موتور گرانش ضروری است زیرا با حرکت گردشی و مداوم حلقه ها, انتگرال سیکلی گرما با انتگرال سیکلی راندمان هر یک از حلقه های این موتور گرانش برابر شده و در بلند مدت با ادامه روند حرکت, احتمال تغییر حالت تعادل انرژی درونی (ماکروسکوپی) در این موتور بوجود می آید که در نتیجه مقدار بسیار کمی اتلاف انرژی در انتقال گشتاور هر حلقه به حلقه بعدی رخ خواهد داد. از سوی دیگر جمع انتروپی تکافتادهٔ (Singular entropy) اجزای درگیر در گردش مداوم حلقه ها، با گذشت زمان افزایش می یابد که در نهایت این تغییر حالت نیز باعث بوجود آمدن مقدار کمی اتلاف انرژی در گردش حلقه ها میشود. شاید این موتور بتواند برای ساعتها بدون هیچ افت سرعتی به کار و چرخش خود ادامه دهد اما به دلیل قوانین فیزیکی اشاره شده احتمال افت سرعت چرخش با گذر زمان و قرار گیری در معرض نیروهای طبیعی اصطکاک, بسیار بالا و اجتناب ناپذیر است.
◉ برای بزرگ نمایی بر روی هر یک از تصاویر گالری زیر کلیک نمائید:
هرچند مقادیر این اتلاف انرژی بسیار کم است اما در هر صورت میبایست این مانع از سر راه چرخش روان و مداوم این موتور گرانش برداشته شود تا روند ممتد چرخش حلقه ها تضمین و راندمان مناسب موتور جاذبه تامین گردد. در این راستا, من از راه حلی ساده برای گذر از این مانع ترومودآینامیکی استفاده کردم و آن استفاده از یک محرکه شارژی قوی ولی بسیار کوچک و کم مصرف بر روی چرخ دنده شافت اصلی متصل به ژنراتور است که منجر به شارژ متناوب جهت حرکت مداوم در زمان هایی می شود که سرعت چرخش حلقه ها به دلیل نیروهای طبیعی اصطکاک کاهش می یابد. این موتور محرکه کوچک علاوه بر کنترل تناوبی ثبات سرعت چرخش در طول فرآیند تولید انرژی, وظیفه مهم چرخش و حرکت اولیه شافت متصل به بزرگترین حلقه را نیز بعهده دارد و الکتریسیته مورد نیاز خود را از یک باتری شارژی تهیه می کند. این باتری می تواند بصورت مداوم در بازه های زمانی مشخص توسط موتور گرانش شارژ شود.
در کنار این محرکه جهت کنترل سرعت چرخش و ایجاد حرکت اولیه در حلقه بزرگ بیرونی, من از یک الکتروموتور کوچک شارژی دیگر برای ایجاد حرکت اولیه درونی ترین حلقه و چرخش سریع آن استفاده کردم. در حقیقت این حلقه قلب این موتور گرانش است و چرخش آن منجر به چرخش مداوم و بی پایان سایر حلقه ها می شود. حلقه قلب موتور گرانش هر چند از نظر فیزیک ظاهری مشابه سایر حلقه ها است اما از نظر ساختار دآینامیکی نسبت به سایر حلقه ها دارای یک تفاوت بسیار مهم و کلیدی است. این تفاوت تحت تأثیر قوانین حرکت نیوتون و مفهوم گشتاور نیرو قرار دارد بدین معنی که محور داخلی گردش سایر حلقه ها دقیقا در مرکز و در جایی است که خط قطر دایره حلقه از آنجا عبور میکند و محور سایر حلقه ها دقیقا بر روی نقطه وسط این خط قرار دارد در حالیکه در حلقه قلب محور داخلی گردش دقیقا در مرکز دایره حلقه نیست و بصورت هدفمند یک انحراف از مرکز به مقدار 0.01 اینچ (0.0254 سانتیمتر) در آن ایجاد کرده ام.
این میزان انحراف از مرکز در حلقه قلب باعث می شود که چنانچه یک شارژ فشار کم با بازه زمانی کمتر از ثانیه به محور وارد کنیم, حلقه پس از یک حرکت چرخشی 45 درجه مجددا به جای اول و نقطه سکون باز گردد. حال اگر این شارژ فشار را بیشتر کنیم حلقه موفق به یک چرخش 180 درجه ای خواهد شد اما باز به نقطه شروع و سکون باز می گردد. اما چنانچه شارژ اولیه فشار را با استفاده از یک الکتروموتور برای بازه زمانی طولانی تر و قدرتمندتر ادامه دهیم (بعنوان مثال 3000 RPM) و همزمان محور در حال چرخش حلقه قلب را در سیکل چرخشی یک حلقه دیگر با 90 درجه اختلاف محوری درگیر کنیم آنگاه عدم بالانس بودن محور حلقه قلب تبدیل به یک نیروی مکانیکی و چکشی شتاب دهنده برای استمرار گردش 360 درجه ای و نهایتا چرخش بی نهایت حلقه می شود که این همان کلید قوانین فیزیکی اعجاب انگیز استفاده از جاذبه زمین برای چرخش مداوم این حلقه است.
بدین منظور من از یک الکتروموتور شارژی برای ایجاد فشار بسیار زیاد اولیه در بازه زمانی طولانی تر بر روی سطح بیرونی حلقه قلب استفاده کردم. این محرکه شارژی بر روی یک جک افقی نصب شده که توسط نیروی انسانی جهت استارت اولیه به حلقه قلب نزدیک شده و واشر لاستیکی چرخان آن بر سطح بیرونی حلقه قرار می گیرد. این تماس با استارت الکتروموتور منجر به چرخش بسیار سریع حلقه قلب می شود. گرداننده لاستیکی الکتروموتور پس از رسیدن به سرعت مناسب (بعنوان مثال 3000 RPM) از سطح حلقه قلب فاصله گرفته و سریعا توسط نیروی انسانی با استفاده از جک هیدرولیک دستی به عقب و بیرون از محیط گردش حلقه ها هدایت می شود. استفاده از این الکتروموتور شارژی متصل به جک فقط یک بار و برای استارت اولیه چرخش می باشد و در طول کار موتور گرانش نیازی به کمک گرفتن از آن نیست.
پس از خروج این الکتروموتور شارژی نوبت به استارت محرکه دوم یعنی الکتروموتور متصل به چرخ دنده جهت چرخش همزمان هر سه حلقه است. این چرخش اولیه برای شروع به کار موتور گرانش ضروری است. چرخ دنده محرکه پس از درگیر شدن با چرخ دنده متصل به شافت موتور باعث چرخش همزمان هر سه حلقه می شود. استفاده از این الکتروموتور در بازه زمانی بسیار کوتاه تا رسیدن به سرعت مناسب اولیه که حداقل بین 500 تا 1000 RPM است ضروری می باشد و پس از آن چرخ دنده الکتروموتور بصورت خودکار توسط جک شارژی تعبیه شده در زیر آن از شافت فاصله می گیرد تا موتور گرانش در کمتر از چند دقیقه به حداکثر سرعت و قدرت خود برسد.
در طول کار موتور گرانش, چنانچه دور حلقه بیرونی به کمتر از 3000 RPM بر اثر نیروهای طبیعی اصطکاک کاهش یابد جک هوشمند مجددا سرعت چرخ دنده الکتروموتور را با سرعت چرخ دنده تطبیق داده و به شافت حلقه ها متصل می شود و پس از یک شارژ فشار کوتاه برای جبران کاهش سرعت, مجددا از شافت جدا می شود. با استفاده از این محرکه شارژی می توانیم اطمینان حاصل کنیم که در طول شبانه روز موتور گرانش بدون توقف به چرخش جهت تولید انرژی الکتریسیته ادامه می دهد. همانگونه که تصاویر این مقاله قابل مشاهده است شافت اصلی محور حلقه ها در یک خط افقی و بدون اتلاف انرژی مستقیما به یک ژنراتور سنکرون بزرگ جهت تولید برق متصل است.
ساخت نیروگاهی با استفاده از انرژی پاک و قدرتمند جاذبه زمین هم می تواند به کاهش چشمگیر آلاینده های گازی و شیمیایی در سرتاسر جهان کمک کند و هم بعنوان یک زیر ساخت مدرن و کلان, تسریع دهنده سیاستگذاری های جامعه بین المللی در تشویق بیشتر کشورها به استفاده از منابع تجدید پذیر و دوستدار محیط زیست باشد.
بمثابه سایر اختراعات, این اختراع نیز قابلیت توسعه و ظرفیت بهینه سازی بیشتر را داشته و با تجاری سازی آن می توان کمک شایانی به کاهش تخریب محیط زیست و افزایش تولید برق نمود.
◉ سازنده انیمیشن این ویدیو: علی پوراحمد
◉ سازنده موسیقی این ویدیو: علی پوراحمد
◉ گفتار متن: علی پوراحمد
◉ زبان: انگلیسی
◉ زیر نویس فارسی: ندارد
درباره مخترع و نویسنده این مقاله 👇 :
مقالات مرتبط با تولید برق از جاذبه زمین :
سایر اختراعات علی پوراحمد :
سایر مقالات علی پوراحمد :