モーメント力の〈力〉としての作用
電車が脱線してから６年が経ちました。『一方向のモーメント力を発生させ、モーメント力も〈力〉も吊り合わない系を構成すれば、吊り合わない〈力〉が、一方向力として取り出せるのではないのか？』と考えてから、６年が経ったわけです。一方向のモーメント力を発生させるところまでは、４年半ほどで何とかなりました。それから１年半の間、考え方が間違えていたようです。
モーメント力自体が〈力〉として作用する場合があるようです。
〈装置〉を単なるモーターに置き換え、モーメント力を発生させた場合の動画です。
リンクはこちら → http://youtu.be/-XOQ3uanOP0
モーターに電流が流れるとトルクが発生し、回転子を加速します。
台車にはその反動のモーメント力 Ｍ が作用しますが、レールによりモーメント力 Ｍ の作用点は、台車から離れた点になります。
ここで、たぶん
Ｍ ＝ Ｆ × ｒ
でしょうから、台車には
Ｆ ＝ Ｍ ／ ｒ
の〈力〉が作用していると思われます。
電源を切ると、モーターの回転子は減衰し、台車には逆方向のモーメント力が作用し、逆方向の〈力〉を受け、逆方向に加速されるはずですが、減衰の場合は、比較的弱いモーメント力が、比較的長時間作用するため、機械的抵抗に負けるようです。
では、どのような場合にモーメント力は〈力〉として作用するのでしょうか？
答えは簡単で、モーメント力の作用点に何も無ければいいわけです。逆の言い方をすると、モーメント力をシャフトや軸受け等の機械的要素に作用させた場合は、偶力にしかなりません。つまり、モーメント力の作用点にシャフトや軸受け等の機械的要素が存在しなければいいわけです。要するに、モーメント力の作用点に 棒 が刺さっている場合は偶力になり、棒 が刺さって無ければ〈力〉になるようです。
〈力〉の作用点も台車の重心に限られるわけではありませんから、〈力〉の作用により発生したモーメント力と、元のモーメント力を上手く打ち消せば、モーメント力を発生させることにより、〈力〉のみを取り出すことが出来るかもしれません。
まとめ
モーメント力の作用点に 棒 が刺さっていない場合、剛体には作用したモーメント力 Ｍ に対し
Ｆ ＝ Ｍ ／ ｒ1
なる〈力〉Ｆ が作用します。また ｒ1 ＝ ｒ2 である場合には、モーメント力 Ｍ を発生させることにより、〈力〉Ｆ のみが得られるかもしれません。
右側の図 古典力学の説明 ではモーメント力の作用点が剛体の重心に一致する特殊な場合のみを、古典力学が取り扱っていたことが解ります。また、モーメント力と〈力〉の可逆性についても説明されていませんでした。４００年前、古典力学が成立した頃にはモーターはおろか、蒸気機関さえ存在しませんでした。当時の人々には、〈力〉を作用させてモーメント力を得ることは考えられても、モーメント力を発生させて〈力〉を得ることは考えられなかったのでしょう。
一方向のモーメント力を発生させることにより、一方向力が得られる。
[一方向のモーメント力を発生させる装置]が実用新案として登録されインターネット広報により公開されました。
実用新案登録第３１７０４２９号
出願日 平成２３年０７月０５日
登録日 平成２３年０８月２４日
公開日 平成２３年０９月１５日
原理模型の画像は
原理模型設計図のデータは
に置いてあります。