Как изобрести все - Райан Норт

Что это

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

До того как были изобретены

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

Изобретено

300 до н. э. (в гончарном деле);

1100 н. э. (в механике).

Предпосылки

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

Как изобрести

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!