Райан Норт - Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

Вместо того чтобы резко отскочить от стены, вода будет аккуратно перенаправлена, опишет изгиб по стене и прольется с противоположного края. Совершенно аналогичным образом работают и турбины Пелтона: вода отдает бо́льшую часть энергии, струясь по чашам, а не ударяясь в них, и это заставляет колесо вращаться быстрее. Причина того, почему изобретатель предложил две чаши, а не одну, сводится к проблеме баланса: при таком варианте колесо получает одинаковую нагрузку по всем направлениям.

Ковшовая турбина, вращающаяся с половиной скорости воды, падающей на нее, будет забирать почти всю энергию потока. Вы сможете определить, что построили высокоэффективное устройство, по такому признаку – вода, выливающаяся из ковшей после того, как они сделают полуоборот, почти не движется.

Отлично, теперь вы забираете у потока 90 % того, что он несет!

Это не только дает вам больше энергии из той же самой воды, но открывает для вас новые источники энергии по всему миру, поскольку потоки слишком слабые и водопады слишком низкие для водяной мельницы в случае турбины Пелтона можно использовать.

В этот момент вы наверняка задумались, насколько сбивает с толку тот факт, что человечеству потребовалось более двух тысячелетий после изобретения водяной мельницы на то, чтобы нацелить струю не в центр лопатки, а в край ковша и тем самым почти удвоить эффективность устройства. На самом деле все обстоит еще хуже, поскольку оригинальная история о том, как Пелтон изобрел турбину, гласит: «Однажды Пелтон поливал из шланга огород, но тут к нему слишком близко подошла корова, и он направил шланг на нее, и струя воды ударила между ее чашеподобными ноздрями, и из-за этого голова животного дернулась назад, и, увидев это, Пелтон тут же все и придумал».

Мы не собираемся сказать вам, что история выше на самом деле правда, поскольку это не имеет значения. Если правда, то мы не более чем кучка тупиц, которым требуются мокрые коровы для того, что сделать даже банальные физические открытия. Если это выдумка, то мы все равно не более чем кучка тупиц, со всей очевидностью готовых поверить в то, что продвижение в науке невозможно без помощи со стороны банальной мокрой коровы.

Способ запасать и потом использовать энергию, используя старое доброе колесо.

Невозможно было сохранять энергию вращения и сглаживать получаемую от двигателей энергию, ну и еще колеса допускали значительно меньше махов.

300 до н. э. (в гончарном деле);

1100 н. э. (в механике).

Колесо, сталь (для крепких и долговечных колес, а также для шариковых подшипников).

Маховые колеса эксплуатируют тот факт, что объекты, находящиеся в движении, имеют тенденцию оставаться в движении [104]. Если у вас есть тяжелое колесо, которому требуется много энергии, чтобы начать вращаться, также понадобится немало энергии, чтобы его остановить.

И это значит, что из такого колеса можно сделать батарейку, только запасать не электричество, а импульс, количество движения. Колеса – вовсе не идеальные «батарейки», они замедляются с течением времени из-за трения, но тяжелое или большое колесо может вращаться по-настоящему долго.

Поначалу их использовали для изготовления горшков (горшечный круг не более чем тяжелое колесо, которое надо раскрутить, чтобы оно вертелось некоторое время, и именно такую штуку, мой покрытый глиной друг, называют маховым колесом, рис. 21), но (ничего удивительного) людям понадобилось время, чтобы сообразить: эти штуки годятся для разных других вещей. Выходит, что вам просто нужно присоединить его к двигателю посредством штыря… и вы в деле!

Помимо запасания энергии они могут использоваться для того, чтобы механизмы работали более плавно.

В поршневых двигателях (см. раздел 10.5.4) поршни ходят с перебоями, а во многих случаях требуется постоянный поток энергии. Если вы управляете, например, трактором, то наверняка захотите, чтобы он катил вперед с постоянной скоростью, а не останавливался и потом дергался вперед бесчисленное количество раз. Если ваши поршни передают движение на маховое колесо, а не прямо на действующий механизм, то колесо продолжит вращаться, даже когда поршни не производят энергию.

Маховые колеса могут также высвобождать энергию быстрее, чем она была произведена исходно. Могут уйти часы на то, чтобы разогнать одно из них, но прикрепите к колесу тяжелый груз, и вы сможете направить всю эту энергию на некую работу в один момент, и это обеспечивает вам доступ к кратким, но мощным всплескам энергии, далеко за пределами того, что вы можете получить в обычных условиях.

Конечно, есть верхний предел того, сколько энергии может запасти любое маховое колесо: начав вращаться с достаточной скоростью, оно превосходит собственный предел прочности на растяжение и разрывается изнутри, так что осколки его разлетаются в стороны с невероятно большой скоростью. Именно по этой причине работать со стальными колесами безопаснее, чем с железными: у стали предел прочности выше, а значит, меньше шансы на то, что маховое колесо внутри вашего механизма превратит себя в удивительную металлическую бомбу.

Рис. 21.«Маховое колесо», также известное под менее техническим именем «колесо на палке»

Вы можете повысить объем энергии, которую в состоянии запасать любое колесо, увеличив либо его размер, либо скорость. Энергия, запасенная во вращающемся колесе, пропорциональна квадрату его скорости, так что маленькое быстрое колесо даст лучший результат, чем большое, но медленное.

И наконец, хотя маховые колеса могут выглядеть старомодными, они используются не только в поршневых двигателях. Экспериментальные колеса были сконструированы в 2004 н. э. в НАСА как способ дешевого и надежного сохранения энергии в космосе. Так что технически, если вы изобрели маховые колеса, вы также сделали первый шаг вашей космической программы!

Двигатель, использующий тот факт, что воде требуется больше места в парообразном состоянии, чтобы делать всякие штуки. Это технология столь полезная, что, когда она наконец оказалась изобретена, общество перестроило себя вокруг таких двигателей в процессе, который мы именуем промышленной революцией.