¿Por qué no funciona esta máquina de movimiento perpetuo magnético?

Si el imán es lo suficientemente potente como para jalar la pelota hacia arriba desde la parte inferior de la rampa, la fuerza sobre él será bastante fuerte en la parte superior de la rampa.

Si es así, ¿por qué la pelota caería por el agujero? La atracción del imán abrumará a la gravedad.

Incluso si construyera uno en el que la pelota pudiera caer por el orificio superior, no veo ninguna razón por la que deba pasar por el orificio inferior. Si el imán puede tirar de él hacia arriba por la rampa, la atracción del imán debería evitar que alcance el agujero en la rampa inferior.

No hay problema asumiendo que la bola caerá por el hoyo. Incluso si la fuerza magnética es grande, solo necesita ser mayor que el componente de gravedad a lo largo de la superficie inclinada. Este componente es$mg \cos \theta$. Una vez que la bola llega al hoyo, la gravedad que siente la bola aumenta a mg, por lo que puede suceder que la bola que inicialmente subió ahora baje por el hoyo.

Sin embargo, observe que a medida que la bola se mueve hacia abajo, la fuerza de la gravedad comienza a disminuir nuevamente (se vuelve más horizontal y la fuerza magnética disminuye a medida que la bola se aleja del imán. Si hace un gráfico sobre ambas fuerzas, encontrará que siempre hay un punto en la trayectoria de la pelota cuando ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero signo contrario. Esa será la posición de equilibrio de la pelota, donde permanecerá en reposo si se extrae toda su energía cinética inicial. Por lo tanto, no es un perpertum móvil después de todos.

Si yo estuviera diseñando el experimento

1. Haría las superficies internas de la rampa de mu metal para proteger la bola una vez que caiga en el agujero, de lo contrario, un imán fuerte la empujará hacia arriba por la pendiente inferior.

2. Usaría una bola de hierro con una capa de vidrio suave para reducir la fricción.

3. Usaría una rampa superior de vidrio, nuevamente para reducir la fricción

4. Un uso juicioso de mu metal podría ensombrecer el campo magnético a medida que la bola alcanza el orificio superior para asegurarse de que caiga.

Podría funcionar durante algún tiempo si se diseña correctamente. Supongamos que lo hace, ciertamente no se puede extraer energía del sistema. Incluso si la fricción fuera cero, se perdería la magnetización del imán original con el tiempo: para tirar de la bola, se debe suministrar energía a los dominios magnéticos de la bola de hierro y esto, con el tiempo, desmagnetizará la bola roja. Por supuesto, todas las demás consideraciones de fricción y pérdida de energía de impacto a medida que cae (tal vez, etc., solo me vienen a la mente estas dos) harán que la pelota finalmente se detenga en la rampa inferior.

Aquí hay un tipo diferente de movimiento perpetuo, donde la termodinámica es más evidente.

La física newtoniana ciertamente excluye la existencia de cualquier movimiento perpetuo 'verdaderamente'. Bajo ciertas condiciones, podemos lograr un movimiento casi perpetuo mediante la aplicación juiciosa de los principios y luego formular preguntas como "Aunque no se puede eliminar trabajo del sistema, ¿es suficiente la vida útil de la fuerza magnética en un imán para que funcionar durante varios años sea aceptable? ¿responder?"

Con respecto al dispositivo dispositivo que se muestra en la pregunta, que es una modificación del dispositivo de John Wilkins.similar a este, los problemas inherentes a la máquina de Wilkin se complican con el diseño que se muestra aquí. La gravedad es la fuerza abrumadora a vencer en este experimento, la fricción juega solo un papel pequeño, pero tampoco podemos pasar por alto la corriente inducida en el movimiento de la bola, que finalmente se convierte en la fuerza principal que degrada la perpetuación del movimiento. Aquí, sin embargo, si el imán fuera lo suficientemente fuerte como para vencer la inercia y la fuerza gravitacional del peso en una pendiente, tendría suficiente energía para adherirse al imán en la parte superior. Incluso sin fricción, y digamos que comenzamos la bola en la parte superior para darle una fuerza cinética inicial, cuando llegue al segundo orificio, el imán no solo tendría que vencer la gravedad, sino el movimiento general alejándose del imán en el parte superior, al pasar por el segundo hoyo, se comportaría más como un esquiador haciendo un salto de esquí y se alejaría volando de la máquina. Entonces, el imán también tendría que superar este movimiento e invertir la dirección de la bola, ya que ahora también se está alejando con una velocidad igual a la energía cinética de dejar caer la bola menos la fricción.

Wilkins supera esto con una rampa adicional en la parte inferior, que al convertir el movimiento lineal en un movimiento angular que invierte la dirección de la bola y conserva ese movimiento cinético para mover la bola parcialmente hacia arriba de la rampa. Aun así, esto no es suficiente para superar la gravedad, la fricción y la fuerza contraria de una corriente inducida para permitirle tirar de la bola hacia arriba, mientras es lo suficientemente débil como para permitir que la bola caiga por el agujero. Creo, pero no lo he probado ni probado, que tal vez una reducción de la gravedad haría factible esta máquina, como en la luna. También parece que debido a que la bola está hecha de metal que es atraído por el imán, las fuerzas en la bola pueden establecer un campo contrario de corriente inducida, debido al material del que está hecha la bola y está en el campo. Está presente un efecto Lenz inverso que también contribuiría con una fuerza que el imán tendría que vencer. Esto requeriría un equilibrio superfino entre una fuerza completamente atractiva y las fuerzas opuestas. La máquina parece muy prometedora; pero, en un nivel muy sutil, tiene fuerzas contrarias de la gravedad, la fricción y un efecto de lenz inverso que contrarrestan la energía cinética acumulada en el movimiento de las bolas que impiden que la acción se perpetúe con bastante rapidez.

En el video que enlazo, el autor original del video supera este efecto mediante la pulsación de la fuerza de un electroimán oculto en la base que sostiene el imán permanente. Al apagar el electroimán en el momento adecuado, ya sea manualmente o mediante detección inductiva, la bola cae. Entonces, estoy de acuerdo, está muy cerca de ser posible; pero, simplemente no es posible. Tengo la sensación de que ser capaz de ajustar la gravedad podría ser suficiente para que el dispositivo funcione bajo la fuerza gravitatoria correcta, pero me preocupa mucho que las corrientes de Foucault en la bola de metal proporcionen la fuerza final que contrarrestaría cualquier posibilidad de que funcione.

Como un problema de campo magnético, debido a las leyes de Maxwell y la ley de Lenz, el problema es mucho más complejo matemáticamente de lo que parece, tendemos a pasar por alto el efecto de la pelota en el campo magnético, ya que se estaría moviendo y cambiando la densidad de flujo que sería inducir una corriente que afectaría el movimiento y la densidad de flujo en oposición al movimiento.

La verdadera razón por la que la bola se mueve hacia arriba es la presencia del imán. Entonces, mientras el imán esté presente en su lugar, no permitirá que la pelota se mueva hacia abajo. Por el contrario, si el imán puede permitir que la pelota vaya hacia abajo, sería incapaz de tirar de ella hacia arriba. Por lo tanto, el movimiento cíclico es imposible.

Muchos han respondido correctamente a la pregunta anterior, pero en partes. El movimiento perpetuo del primer tipo implica la extracción de trabajo de un cuerpo que sigue moviéndose por sí mismo, en un ciclo. Dado que el cuerpo sigue moviéndose por sí solo, la energía que extraemos viene gratis sin entrada (lo que lleva a la violación de la ley de conservación de la energía). En aras de la exhaustividad, el movimiento perpetuo del segundo tipo dice: cuando la energía de entrada es calor, no podemos extraer una cantidad igual de energía en ninguna otra forma que la salida, usando incluso un dispositivo ideal (sin fricción, etc.) que funciona en ciclos Los detalles de diseño del dispositivo no alteran la conclusión.

Incluso en el diagrama que se muestra, lo esencial es solo la componente vertical de la fuerza debida al imán y la debida a la gravedad. Se puede suponer que la fuerza gravitatoria es constante independientemente de la posición de la bola en su movimiento en el ciclo.

Podemos agregar, en ausencia de fricción, reglas de movimiento armónico simple y, un péndulo oscila para siempre, una masa ideal cargada por un resorte oscila para siempre y así sucesivamente. En el momento en que intentamos extraer trabajo, las oscilaciones disminuyen en amplitud y finalmente cesan, cuando se extrae la energía inicialmente almacenada.

Considere el punto más bajo, A, en la trayectoria cíclica. Considere un punto B a la izquierda y un punto B' verticalmente debajo de B en la trayectoria curva. La pelota se moverá de A a B solo si la componente vertical de la fuerza magnética es mayor que la fuerza gravitatoria 'mg'. De manera similar, se moverá de A a B' si la componente vertical de la fuerza magnética es mayor que mg. La componente vertical de la fuerza magnética en B y B' es mayor que la componente vertical de la fuerza magnética en A. En consecuencia, si la pelota se mueve de A a B necesariamente se mueve de A a B'. Por otro lado, si la pelota se mueve de B a A entonces, y solo entonces, se movería de B' a A.

Alternativamente, puede considerar el punto más alto, H, en el camino cíclico. Si la componente vertical de la fuerza magnética es mayor que la fuerza gravitatoria 'mg' en B, la pelota se moverá de B a H, si no, la pelota se moverá de H a B. Lo mismo ocurre con el movimiento entre B' y H. En consecuencia, si la pelota se mueve de H a B necesariamente se mueve de H a B'. Por otro lado, si la pelota se mueve de B a H, necesariamente se movería de B' a H.