¿Por qué es imposible esta máquina de movimiento perpetuo?

Has descrito un péndulo. Mecánicamente, no hay diferencia entre un pequeño péndulo cerca de la superficie de la Tierra y uno de escala planetaria.

La fuerza centrípeta de la cuerda (o lo que sea que sostenga el péndulo al punto central) convierte la fuerza gravitacional en velocidad derecha / izquierda; Si la escala del péndulo significa que la fuerza gravitacional tiene una dirección “lateral” ligeramente diferente en cada lado, no importa.

La fuerza gravitacional total permanece constante (simétrica, más bien, a medida que cambia con la distancia desde la Tierra) a través de cada oscilación, y la dirección real de movimiento del péndulo sigue siendo esclava de la fuerza centrípeta.

La razón por la cual las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles es porque la fricción y otras fuerzas siempre logran minar la energía. Puede hacer lo más cerca posible de un péndulo sin fricción, pero sigue siendo una ecuación de suma casi cero, con una cantidad minúscula de pérdida de energía. Sin agregar energía, se ralentizará y finalmente se detendrá. Cambiar simétricamente la dirección de la fuerza gravitacional no agrega energía; si lo hiciera, entonces en ese caso habrías inventado un “motor gravitacional”, no una máquina de movimiento perpetuo.

Lo más parecido al movimiento perpetuo que conozco es la órbita de un cuerpo astronómico alrededor de otro. Una órbita estable significa esencialmente que el péndulo gira perpetuamente alrededor del punto central. No hay resistencia del aire (a una altitud lo suficientemente alta) ni fricción mecánica. Sin embargo, la energía aún se perderá (o se obtendrá de) otras fuerzas gravitacionales y muchas otras pequeñas fuentes de resistencia, lo que conducirá a la descomposición orbital – Wikipedia.

Básicamente, el problema (puede encontrar esto satisfactorio o no) es que existe un equilibrio entre el peso en la base del rodillo y el peso del péndulo. Como resultado, la única forma de obtener mayor distancia (para ‘ir más allá del punto medio’, por así decirlo) es agregando impulso.

Debido a que el rodillo debe ser pesado para levantar el péndulo hasta el punto medio, automáticamente obtendrá resistencia a medida que el péndulo intenta llevar el impulso más allá del punto medio. La resistencia del peso del rodillo más allá del punto medio es lo que reduce gradualmente el impulso.

Dado que el dispositivo no tiene movimiento natural en todos los puntos, sino que tiene un punto medio que tiene equilibrio o, a veces, un peso excesivo en el péndulo que resulta en caer de un lado y permanecer allí, entonces necesariamente se dedica toda la fuerza que puede usar a este impulso, que se ralentiza debido a la resistencia del peso del rodillo.

¿Qué pasaría si de alguna manera pudieras sacar energía, podrías preguntar? El problema es que no es sobreunidad en este caso. Ni siquiera es la unidad. Debe tener una base lo suficientemente pesada como para levantar el péndulo al punto medio, lo que significa que la base debe ser más pesada, o debe tener un péndulo que sea lo suficientemente pesado como para mantener la misma distancia en un lado (pero, desafortunadamente, no ambos) , que requiere tener un péndulo más pesado que la base. Dado que requiere que ambas propiedades de la base sean más pesadas y que el péndulo sea más pesado para ser sobreunidad, no se conoce ninguna forma de hacerlo funcionar.

Esto ni siquiera tiene en cuenta la resistencia del aire o la energía perdida a medida que los péndulos se balancean solos, o la resistencia de la fuerza gravitacional de la Tierra y la Luna. En resumen, las máquinas de movimiento perpetuo de péndulo se enfrentan a un problema en el que generalmente no tienen medios reales de obtener energía, porque la mayoría de los péndulos funcionan mejor cuando son de baja fricción y casi no se alteran otras propiedades mecánicas.

Si desea diseñar un péndulo perpetuo, buscaría estos dos conceptos:

Crédito de la imagen: Nathan Coppedge.

Crédito de video: Nathan Coppedge.

Hay una confusión de términos aquí. Un dispositivo de movimiento perpetuo es un dispositivo que puede funcionar indefinidamente, no solo continuar en un estado de movimiento indefinidamente.

Digamos que tomamos tu péndulo y usamos materiales clásicos perfectos. No hay fricción, la cuerda y el soporte son rígidos pero sin masa, y el péndulo se balancea perfectamente para que su soporte no vibre. Supongamos que el planeta está en un vacío absoluto sin otras estrellas o aire u otros objetos que interactúen con el péndulo.

Continuará balanceándose indefinidamente. Eso es solo conservación de energía. Eso no es movimiento perpetuo o hacer trabajo.

Supongamos que colocamos un trinquete en el soporte para que el balanceo del péndulo lo haga girar y eleve una masa sobre el planeta. Cada oscilación del péndulo hace que el trinquete haga clic y dibuje un poco la masa hacia arriba. Nuevamente, tenemos materiales perfectos e imposibles y el mecanismo está perfectamente diseñado para que no atrape el péndulo oscilante.

¿Qué sucede cuando la masa se eleva? El péndulo oscila más abajo cada vez.

La energía del péndulo se gasta al aumentar la energía potencial de la masa al aumentar su altura sobre el planeta. Se balanceará más y más cada vez.

Observe cómo hice muchos supuestos ideales; esto fue para ilustrar el punto. A través de las interacciones gravitacionales, la fricción y las impurezas mecánicas en el aparato, el péndulo oscilante trabajará en otros objetos en el universo y se balanceará más abajo cada vez.

Las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles simplemente porque rompen las leyes primera y segunda de la termodinámica. La primera ley establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Entonces, si tuviera que usar una máquina de movimiento perpetuo para alimentar otro objeto externo como una bombilla, no podría hacerlo, ya que simplemente no hay suficiente energía para que la máquina funcione sola y un objeto externo. Pero suponiendo que solo desea que la máquina continúe encendiéndose, eventualmente se detendrá porque todas las máquinas diseñadas en el pasado contenían una falla específica del diseño que habría requerido que se inyectara más energía de la que se emitía para funcionar. Pero suponiendo que haya un diseño que no rompa la primera ley y solo requiera tanta energía como la produzca, de acuerdo con la segunda ley, la energía se extenderá debido a la resistencia a la fricción, etc. Y, por lo tanto, la energía que regresa a la máquina ser menos cada vez y finalmente detenerse. Puede encontrar este video TED más clarificador.

¿Pérdida de calor? El mecanismo mismo ralentizaría gradualmente el péndulo. Incluso si comienza en el punto de tracción máxima perpendicular al eje, no alcanzaría el mismo punto en el otro extremo del arco oscilante y definitivamente no formaría un sistema inestable que se acelerara indefinidamente.

Y … otras cosas más complicadas, como las posibles interacciones con el campo electromagnético de la Tierra y las ondas gravitacionales.

https://physics.stackexchange.co …
¿Se movería un péndulo indefinidamente en un vacío sin fricción?

Realmente no entiendo qué tiene que ver el tamaño del arco con él, en realidad.

Descuidas la fricción.

El problema con el péndulo al que se refiere es la bisagra: allí una pequeña parte de la energía mecánica se transformará irreversiblemente en calor, por lo que la energía mecánica total en lugar de ser constante disminuirá un poco cada vez que se balancee.

Finalmente, su péndulo dejará de balancearse.

El único movimiento perpetuo conocido es el de los planetas: para ellos la fricción es cero … pero incluso esto no es completamente cierto, pero las masas y los momentos son tan altos que este tipo de movimiento dura miles de millones de años.

Se debe a la Segunda Ley de la Termodinámica.

Según esto, es simplemente imposible crear un sistema 100% eficiente.

En lo que respecta a su idea;

No consideró la pérdida de energía (absorción de energía por átomos aleatorios en el espacio)

& la pérdida de energía en la cuerda a la que se une el peso (péndulo o lo que sea). El péndulo oscilará durante un tiempo considerable, pero finalmente se detendrá.

Lleva un objeto a un área remota en el espacio muerto y dale una vuelta: ¡FELICIDADES! ¡Acabas de hacer una máquina de movimiento perpetuo!

Si te refieres a una máquina que puede generar energía “para siempre”, es porque la cantidad de energía en el universo es fija. No puedes crear (ni destruir) energía. Como todas las máquinas prácticas pierden energía (por medio de la fricción térmica, por ejemplo), finalmente se detendrán.

Ok, nombremos el punto L para la izquierda, C para el centro y R para la derecha en su dibujo.

Suponga que mantiene el péndulo en la posición R. Lo sueltas y se acelera a medida que avanza hacia C.

Ahora, una vez que pasa C y comienza a moverse hacia L, se desacelerará.

Es sin fricción, ¿verdad? Si lo simula o calcula, descubrirá que la altura L es tan alta como la altura R original. No ganó ninguna energía en el proceso (como no debería).

Entonces, al igual que un péndulo sin fricción regular, su altura permanecerá constante. No se ganó ni se perdió energía durante el movimiento. Cualquier fricción adicional (o trabajo realizado por el sistema, si se usa como máquina) lo detendría lentamente. No es un perpetuo.

El movimiento perpetuo es (teóricamente) posible. Las máquinas perpetuas no lo son.

Originalmente respondido: ¿Por qué son imposibles las máquinas de movimiento perpetuo?

No me molestaré con las cosas normales sobre las leyes de la termodinámica, la conservación o la eficiencia. Puede encontrar esas respuestas repetidas una y otra vez en Quora, Yahoo y otros miles de foros de preguntas y respuestas sobre física. Todas las explicaciones sobre fricción, disipadores de calor, gradientes de energía.

En cambio, quiero que pienses en un universo en el que es posible construir uno. Tomemos una simple rueda hidráulica, bombeando su propio flujo de entrada cuesta arriba. Cada vez alrededor del circuito, se bombea más y más agua, extraída de todos los niveles inferiores hasta que no quede nada. A menos que pueda encontrar algo para usar el poder, agregando más y más fábricas al eje hasta que todo gire hacia la destrucción.

¿Pero esas máquinas de fábrica? Esos también podrían hacer más trabajo del que ingresas en el eje. ¿Por qué necesitarías una rueda hidráulica? Solo un giro de media vuelta del eje y las máquinas estarían apagadas, tejiendo grandes cantidades de lomo ancho o embotellando salsa cada vez más rápido. No podrás detenerlos.

Esa es la cosa, mira. Tan pronto como cambies el universo para permitir que los procesos generen más energía de la que pones, afectará todo . No puedes cambiar parte de un universo.

Todo.

Las criaturas de sangre caliente como tú y yo consumimos alimentos para generar el calor que necesitamos en nuestro núcleo. Entonces, en tu nuevo universo comes media uva y muy pronto tus huesos se están derritiendo.

Estrellas.

Existen límites termodinámicos en los procesos de vida de las estrellas. O hubo hasta que los cambiaste.

Este universo, con sus fuentes agotables de energía libre, (¿de dónde?) Se creará y se quemará, calentándose más y más hasta que alcance el tipo de plasma que existía justo después del Big Bang. Una muerte por calor alternativa, en el infinito, no cero. Pero espera. ¿Por qué se detendría? Seguirá calentándose con su fuente ilimitada de energía.

Nunca podrías construir tu máquina. O come tu uva. Porque nunca habrá habido materia atómica.

Incluso puede construir su péndulo en la tierra, por ejemplo, si lo hace en el vacío y logra que la suspensión sea completamente libre de fricción. No es imposible tener una máquina que se mantenga en movimiento para siempre. Por ejemplo, la tierra girará alrededor del sol esencialmente para siempre. Lo que es imposible es extraer energía del sistema al mismo tiempo, mientras continúa en la misma amplitud.

En una palabra, fuerzas no conservativas (arrastre, fricción, etc.). Sin embargo, incluso en el caso ideal, esta no es una máquina de movimiento perpetuo (¡al menos no del primer tipo!). Esto todavía tiene una cantidad finita de energía: intente usarlo para producir trabajo adicional y disminuirá la amplitud de la oscilación del péndulo. La dinámica de este péndulo es realmente complicada, debido al tamaño relativo al planeta en el que se encuentra, pero los principios siguen siendo los mismos.

No tiene nada de malo, y un péndulo de tamaño regular podría hacer lo mismo si no tuviera fuerzas de arrastre. De la misma manera, la Tierra girará alrededor del Sol “perpetuamente” y los satélites orbitarían la Tierra si las colisiones con pequeñas cosas no causaran la descomposición de sus órbitas. A menudo, el término “máquina de movimiento perpetuo” se usa para referirse a una máquina que puede proporcionar energía al mundo exterior Y seguir funcionando; esto violaría la conservación de la energía.

Sabes que. No necesita establecer ese péndulo en el espacio. Puedes tener ese péndulo en la cámara de vacío en la tierra. Poca diferencia de gravedad puede hacer que ese péndulo se balancee también

Pero no puede ser indefinidamente. Todo, incluso su péndulo espacial, pierde energía por la fricción. Hay demasiadas cosas que pueden causar fricción. Incluso un fotón produce fricción. No tienes esperanza de conservar energía en ese péndulo de nuestro universo.

Primero, USTED imparte energía empujando el péndulo. Resistencia al segundo aire, tercera fricción en la unidad principal. En un vacío completo con un dispositivo de muy baja fricción, puede pasar mucho tiempo. Sin embargo, la resistencia y la fricción consumirán TU energía y el péndulo se detendrá lentamente.

Tal vez no entiendes el “movimiento perpetuo”. Es energía de la nada. Eso no es lo que estás describiendo.

Piensa en las mareas. Generas electricidad cuando entra y de nuevo cuando sale. Eso es esencialmente energía libre. Pero no es “movimiento perpetuo” ya que simplemente está usando energía gravitacional. En principio, el uso de esta energía ralentiza el planeta. No es suficiente para medir, incluso si lo hiciste durante un millón de años, pero aún así: no es un movimiento perpetuo.

Esto no es diferente, aparte de su tamaño, con cualquier otro péndulo.

Lo principal que impide que un péndulo se balancee indefinidamente es la fricción de la articulación en la parte superior.

Incluso si pudiera construir un rodamiento libre de fricción, no habría forma de extraer energía de él sin que disminuya la velocidad, cada julio de energía que pudo extraer del péndulo estaría a costa de la energía cinética del péndulo en movimiento. de una reducción en la energía potencial del péndulo en reposo.

Si el péndulo incluso se acercó a la atmósfera, se arrastrará sobre él mientras se balancea, y cualquier cosa que ralentice el movimiento del péndulo reducirá la altura que el péndulo puede alcanzar, con la consiguiente reducción en la altura máxima, etc.

Fricción. La fricción agota la energía. Todas las máquinas tienen fricción o algo equivalente. Por lo tanto, todas las máquinas de movimiento perpetuo tendrían que tener un método para combatir la fricción. Por lo general, el método para combatir la fricción es suministrar más energía, pero aun así, la fricción desgasta partes. ¿Entonces que? Por cierto, hay todo tipo de dispositivos lindos que se moverán durante mucho tiempo.

El péndulo se balancea porque la fuerza de la gravedad atrae la pelota hacia abajo y, dado que en realidad nunca puede llegar al suelo, se balancea. No hay ninguna razón para que su péndulo se balancee como espera.