Загадка инерцоида Толчина существует почти век. Термин "инерцоид" и его конструкцию придумал В.Н. Толчин в 1930 годы. В 30-х годах прошлого века инженер В.Н. Толчин, работавший на Пермском машиностроительном заводе им. Ф. Э. Дзержинского, создал инерцоид Толчина —тележку на бесприводных колесах, осуществляющую поступательное движение без отбрасывания реактивной массы. В основе инерцоида лежат два эксцентрика (груза на рычаге), вращающиеся синхронно навстречу друг другу.
Угловая скорость поворота рычагов в одних секторах круга увеличивается, в других — уменьшается:
1) в секторе от 330 до 0 градусов происходит угловое ускорение движения грузов. Пружина, действуя на кулачок мотора-тормоза, ускоряет грузы со скорости ω1 до ω2. Этот период практически не сказывается на движении механизма в продольном направлении, поперечные силы ускоряющихся грузов в поперечном направлении взаимно компенсируются.
2) в секторе от 0 до 150 градусов грузы на рычагах вращаются с постоянной скоростью ω2. Механизм совершает поступательное движение вперёд с постоянной скоростью.
3) в секторе от 150 до 180 градусов тормозной кулачок набегает на тормозную колодку и угловая скорость движения грузов уменьшается со скорости ω2 до ω1. Движение механизма вперёд замедляется.
4) в секторе от 180 до 330 градусов грузы на рычагах вращаются с постоянной скоростью. Механизм совершает поступательное движение назад с постоянной скоростью ω1. Скорость перемещения назад существенно меньше, чем в секторе 2.
Диаграмма угловых скоростей:
Диаграмма перемещения центра масс механизма показана на рисунке:
Теме инерцоида уделено много научных трудов, которые не могли быть созданы на пустом месте. Поэтому теория вполне может быть недоработанной, но не лишённой смысла.
Инерцоид Толчина был повторен многочисленными экспериментаторами. Наиболее известны две группы экспериментаторов, которые изучали движение инерцоидов по схеме Толчина: группа под руководством В. А. Меньшикова в НИИ Космических систем (экспериментирует с инерцоидами Толчина с 2002 года), а также группа под руководством Г. И. Шипова, которая проводила эксперименты в 2000-2004 гг. в Таиланде.
Моделирование и визуализация механизма
Движение рычагов с грузами - половину оборота грузы проходят на большой скорости, половину на медленной:
Работу механизма можно проиллюстрировать с помощью красных шариков, обозначающих грузы, центр механизма - жёлтый шарик:
Взаимодействие грузов и центра механизма происходит в плоскости:
Если остановить движение плоскости грузов, то становится видно, как грузы совершают энергичное движение в одну сторону и более медленное движение в исходную точку:
Во время движения грузов возникает встречная сила, приложенная к центру механизма. Сила тем выше, чем больше масса грузов, больше радиус движения и больше угловая скорость. Поэтому при движении в одну сторону возникает сила, бОльшая, чем при обратном ходе. В интернет-публикациях нигде мне не встретилось название для этих сил. Многие исследователи их изучают, выдвигают различные теории, но названия никто не дал. Я буду называть их по имени их первооткрывателя и исследователя - "Силы Толчина":
Можно построить диаграмму величины силы от угла поворота рычагов, то получится вот такая картина. Видно, что площадь фигуры сверху больше площади нижней фигуры. То есть наличествует преимущественная положительная тяга в одну сторону и меньшая обратная в другую:
Более качественные иллюстрации доступны по адресу https://cloud.mail.ru/public/MLBm/PjYjbTQ4x
Ссылки
