New-Tech Magazine | Jan 2017 | Digital Edition

GREEN ENERGY מוסף מיוחד

החוק השלישי של ניוטון . 2 איור

« «

מערכת השמש . 1 איור

«

מערכות הנעה מערכות ההנעה של ימינו מבוססות על יחסים בין שני חלקי מערכת חומרית, כל תנע שמקבל חלק אחד הוא שווה והפוך לתנע שנרכש על ידי החלק השני. דוגמה טיפוסית של סוג זה של המערכת הוא טיל אשר פולט גז כדי להניע את עצמו, התנע של הטיל שווה לתנע של הגז הנפלט בדיוק. רוב מערכת הנעות פועלות על תווך, מכונית נעה קדימה ובו זמנית מפעילה כוח על הכביש ו"דוחפת" אותו לאחור. גם מטוס דוחף אוויר אחורה. יוצא דופן הוא הטיל שהודף אחורה את הדלק הרקטי לכן ניתן לנוע בעזרתו גם בחלל החיצון ששם אין מה לדחוף. מקובל לחשוב כי בהיעדר גורם חיצוני שקול הכוחות במערכת יהיה אפס והמערכת לא תנוע. עם זאת, השיקולים היחסותיים לעיל מאפשרים להציע סוג חדש של מנוע. נסתכל .)3 במערכת לולאות זרם (איור הכוח בלולאת זרם נוצר על ידי שדה מגנטי הקיים בלולאה והזרם הזורם בלולאה. השדה המגנטי הוא תוצאה של הזרם הזורם בלולאה עצמה אך גם של זרמים בלולאה אחרת. כמו כן הלולאה המקורית גם היא יוצרת שדה מגנטי בלולאה האחרת ולכן פועל כוח בין שתי לולאות שכיוונו נקבע על ידי כיוון הזרם בלולאות. במקרה הסטטי (והקוואזי סטטי) הכוח שמפעילה לולאה אחת על חברתה שווה בגודלו והפוך בכיוונו לכוח שמפעילה השנייה על הראשונה

שתי לולאות זרם . 3 איור

בהתאם לחוק השלישי של ניוטון. משמעות הדבר היא ששקול הכוחות במרכז המסה של המערכת צריך להיות אפס. הדבר שונה כאשר הזרמים משתנים בזמן מכיוון ששדה מגנטי הנוצר על ידי לולאה אחרת אינו יכול להגיע לולאה המקורית במהירות העולה על מהירות האור ולכן אין הלולאה מקורית יכולה להרגיש בשינוי באופן מידי. יחד עם זאת בלולאה האחרת שינוי הזרם גורם יש שינוי t =0 לשינוי כוח מידי. נניח שבזמן משתנה 2 , הכוח בלולאה 2 בזרם בלולאה לא ישתנה 1 באופן מידי, אבל הכוח בלולאה . המשמעות t < τ בזמנים קצרים המקיימים היא שסכום הכוחות הפועל במרכז המסה אינו יכול להיות אפס שהרי הכוח על לולאה נשאר בערכו 1 השתנה בעוד הכוח הלולאה 2 .4 הקודם. האפקט מודגם באיור חישוב מתמטי מדויק של שקול הכוחות המבוסס על ההכללה של חוק ביו-סברט לחישוב שדות מגנטיים עבור שדות תלויים : 2 , מביא לתוצאה 1 בזמן שעשה ג'פמנקו

היא הפרמביליות של הריק, μ 0 כאשר הוא גודל חסר יחידות התלוי בגיאומטריה היא הנגזרת השנייה של I )2( של המערכת ו- הזרם בלולאה. מנוסחה זו ברור שאם קצב השינוי של הזרם לא יהיה כך שהנגזרת השנייה של הזרם תהיה גדולה מספיק הכוח הכולל במערכת יהיה זניח. ולכן יש צורך למתג זרם במהירות גדולה מאד על מנת לקבל כוח כולל משמעותי. קיימת גם אפשרות להחליף את אחת הלולאות במגנט קבוע, במקרה זה מתוך : 3 חישובים מפורטים מראים שהכוח יהיה

, שני חתכים של 5 הנוסחה מתייחסת לאיור .6 המערכת מתוארים באיור הגדלים המופיעים בנוסחה הם שטף

51 l New-Tech Magazine