Модель планеты с угловой вибрацией твердого ядра и способ демонстрации отрыва потока от дискретно вращающегося твердого ядра (варианты)

Модель планеты с угловой вибрацией твердого ядра и способ демонстрации отрыва потока от дискретно вращающегося твердого ядра (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области астрофизики и может быть использовано как наглядное пособие для развития представлений о взаимном движении твердого ядра и нижней мантии планеты в жидкой среде.

Отдельные слои вещества в глубине планет расплавлены. У Земли повышенной текучестью обладают два слоя - астеносфера (глубина в среднем от 100 до 410 км с переходным слоем до 660 км) и жидкое ядро (глубина от 2900 км до 4700 км с переходным слоем до 5150 км). Над жидким ядром расположена нижняя мантия (глубина от 660 км до 2900 км). В центральной области жидкого ядра находится твердое ядро, плавлению которого препятствует давление выше 300 ГПа. Границы между слоями Земли известны из данных по распространению сейсмических волн. Анализ движения твердого ядра в окружающей его жидкости необходим для решения проблемы происхождения магнитного поля Земли.

Известны модели планеты, воспроизводящие качание нижней мантии под литосферой [патент РФ 2263974, Бюл. №31, 2005] и отклонение магнитной оси от географической [патент РФ 2370827, Бюл. №29, 2009].

Известна также модель планеты, воспроизводящая угловой дрейф твердого ядра [патент РФ 2251662, Бюл. №13, 2005]. Она включает резервуар, заполненный жидким раствором электролита, твердое ядро, погруженное в этот раствор и подвешенное на ведомом шкиве ременной передачи, ведущий шкив которой соединен с двигателем, источник напряжения с электропроводным зондом и электродом сравнения, погруженными в раствор электролита, а также регистратор электрического тока.

Угловой дрейф твердого ядра проявляется как отставание твердого ядра от мантии планеты в процессе их одновременного вращения. Отставание происходит по двум причинам: 1) торможение центральной области вращающейся жидкости смещенным твердым ядром, 2) отрыв потока от смещенного твердого ядра с образованием области обратного течения.

Модель планеты, описанная в патенте РФ 2251662, позволяет измерить зависимость углового дрейфа твердого ядра от радиального сдвига твердого ядра во вращающейся жидкости, однако не дает информации об отрыве потока и о размерах области обратного течения.

Задача настоящего изобретения состоит в создании явных признаков отрыва потока от твердого ядра при его сдвиге во вращающейся жидкости и в определении границ области обратного течения при дискретном вращении твердого ядра. Режим дискретного вращения благоприятен для наблюдения отрыва потока в характерных для планеты условиях относительно малого сдвига твердого ядра от оси суточного вращения.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в модели планеты, включающей резервуар, заполненный жидким раствором электролита, твердое ядро, погруженное в этот раствор и подвешенное на ведомом шкиве ременной передачи, ведущий шкив которой соединен с двигателем, источник напряжения с электропроводным зондом и электродом сравнения, погруженными в раствор электролита, а также регистратор электрического тока, согласно изобретению твердое ядро соединено с ведомым шкивом вертикальным полым валом, который снабжен радиальным подшипником, вставлен в отверстие втулки, скрепленной с ведомым шкивом, и имеет возможность перемещения в этом отверстии по вертикали с последующей фиксацией положения полого вала во втулке, внутри полого вала размещен токовывод, подключенный к зонду, закрепленному на поверхности твердого ядра, ведущий шкив включает четное число канавок для ремня, смежные канавки сгруппированы в пары, одна из канавок каждой пары выполнена с гладким круглым дном, а другая канавка имеет радиальные выступы, огибаемые ремнем.

Каждый радиальный выступ выполнен в виде шипа и имеет основание в виде штыря, вставленного в гнездо на дне канавки, причем при числе радиальных выступов в одной канавке, равном двум или более, радиальные выступы расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Возможен также вариант, в котором радиальный выступ имеет вид овального подъема дна канавки.

Ремень ременной передачи находится в контакте с натяжным роликом, допускающим изменение расстояния между ведущим и ведомым шкивами, либо выполнен из эластичного материала, допускающего упругое удлинение ремня при изменении расстояния между указанными шкивами.

Твердое ядро выполнено в виде тела вращения с полостью, а зонд имеет вид ленты, расположенной вертикально на цилиндрическом участке поверхности твердого ядра между двумя радиальными каналами, в которые вставлены концы ленты.

Электропроводный зонд и электрод сравнения изготовлены из никеля, электрод сравнения выполнен в форме двух пластин, скрепленных с полым валом, раствор электролита содержит воду, соли К₃Fе(СН)₆, К₄Fе(СN)₆ и щелочь КОН, например имеет состав

0.005 М K₃Fe(CN)₆+0.005 М K₄Fe(CN)₆+0.1 М KOH

Поставленную задачу решает также другой вариант модели планеты. В нем твердое ядро соединено с ведомым шкивом вертикальным полым валом, который снабжен подшипником, вставлен в отверстие втулки, скрепленной с ведомым шкивом, и имеет возможность продольного перемещения во втулке с последующей фиксацией, внутри полого вала размещен токовывод, подключенный к зонду, закрепленному на поверхности твердого ядра, ведомый шкив упруго закреплен с возможностью совершать крутильные колебания и взаимодействовать с вибратором, а регистратор тока снабжен избирательным усилителем, настроенным на собственную частоту крутильных колебаний ведомого шкива, соединенного с твердым ядром.

В данном варианте ведомый шкив приводится в колебательное движение вибратором. Указанный шкив свободен от ремня. Упругое закрепление ведомого шкива выполнено с помощью П-образной пружины. Вибратором служит ведущий шкив, выполненный с радиальными выступами и соединенный с двигателем, а ведомый шкив снабжен стрелкой, имеющей возможность отклонения радиальными выступами ведущего шкива. Вибратором может служить также электрическая катушка с расположенным внутри нее подвижным сердечником, который соединен штоком с ведомым шкивом и упруго закреплен с помощью пружины.

Данный вариант модели планеты обеспечивает возможность свободных крутильных колебаний твердого ядра с закрепленным на нем зондом при фиксированном среднем угловом положении твердого ядра. Колебания тока через зонд совершаются на собственной частоте крутильных колебаний, что позволяет применить избирательную регистрацию колебаний тока, регулировать длительность регистрации и таким путем повысить точность обнаружения границ области отрыва потока.

Способ демонстрации отрыва потока от дискретно вращающегося твердого ядра не известен. Отрыв потока обусловлен сдвигом твердого ядра от оси суточного вращения планеты. Выявление отрыва потока осложнено малостью сдвига по сравнению с радиусом твердого ядра.

Предлагаемый способ демонстрации отрыва потока от дискретно вращающегося твердого ядра заключается в том, что на поверхности твердого ядра устанавливают электропроводный зонд и электрод сравнения, погружают твердое ядро в резервуар с раствором электролита, прикладывают к зонду и электроду сравнения постоянную разность потенциалов, приводят резервуар в равномерное вращение, смещают твердое ядро от оси вращения резервуара, осуществляют угловую вибрацию твердого ядра, регистрируют колебания электрического тока в цепи зонда, происходящие с частотой угловой вибрации, путем вращения твердого ядра изменяют среднее за период вибрации угловое положение зонда, спад амплитуды указанных колебаний электрического тока рассматривают как признак прохождения зонда через место смены направления постоянной составляющей скорости жидкости относительно твердого ядра, на протяжении одного оборота твердого ядра находят два угловых положения зонда, соответствующих спадам амплитуды указанных колебаний электрического тока, и по найденным угловым положениям зонда определяют границы области обратного течения, вызванного отрывом потока от твердого ядра.

Вращение твердого ядра совмещают с его угловой вибрацией и осуществляют с постоянной средней угловой скоростью, меньшей, чем угловая скорость резервуара, амплитуду скорости угловой вибрации твердого ядра устанавливают большей либо равной разности средних угловых скоростей резервуара и твердого ядра. Благодаря этому вращение твердого ядра становится дискретным относительно резервуара - повороты твердого ядра чередуются с его остановками. Угловую вибрацию твердого ядра осуществляют путем периодического изменения натяжения ремня ременной передачи.

Включение и выключение угловой вибрации производят путем перемещения ремня вдоль оси вращающегося ведущего шкива в пределах пары смежных канавок этого шкива.

Возможно также применение угловой вибрации к остановленному твердому ядру. Тогда вращение твердого ядра выполняют в виде поворотов твердого ядра между интервалами времени, на которых твердое ядро вибрирует при фиксированном его среднем положении, причем угловую вибрацию твердого ядра осуществляют на частоте основной гармоники собственных крутильных колебаний твердого ядра, скрепленного с ведомым шкивом, а колебания электрического тока регистрируют избирательно на частоте той же основной гармоники. Такой вариант опыта позволяет проследить уменьшение области обратного течения по мере уменьшения сдвига твердого ядра от оси вращения резервуара.

Течение жидкости в глубине планеты, демонстрируемое на предлагаемой модели, связано со сложными явлениями природы и способно дать о них определенные сведения. Интерпретация этих сведений расширяет возможности использования настоящего изобретения.

Отрыв потока от твердого ядра планеты объясняют спонтанным сдвигом твердого ядра от оси вращения планеты, показывают связь этих явлений с западным угловым дрейфом твердого ядра, пропорциональным указанному сдвигу, с западным дрейфом магнитного поля и с периодической сменой магнитных полюсов, с орбитальным движением нижней мантии, уравновешивающим указанный сдвиг твердого ядра и вызывающим землетрясения в зонах субдукции на берегах континентов.

Периодическую смену полюсов геомагнитного поля объясняют плавлением намагниченной оболочки твердого ядра и отводом тепла в виде импульса тепловой конвекции, которая магнитогидродинамическим путем усиливает остаточное магнитное поле, направленное противоположно исходному магнитному полю, после чего оболочка затвердевает с новым направлением магнитного поля и сохраняет накопленный в ней тугоплавкий песок диоксидов тория и урана, постепенно нагревающий оболочку до следующего плавления, причем период накопления тепла в затвердевшей оболочке твердого ядра соответствует периоду спада мощности выделения тепла на поверхности планеты.

Свойства твердого ядра связывают с возникающим в центральной области планеты когерентным состоянием вещества, объединяющим известные фундаментальные взаимодействия, из которых сильное и слабое взаимодействия участвуют в синхронизации бета-распадов с образованием двойного бета-распада без выделения антинейтрино из оболочки твердого ядра, электромагнитное взаимодействие участвует в сохранении магнитного порядка в твердом ядре при температуре расплавленной металлической среды, гравитационное взаимодействие участвует в квантовом соединении частей твердого ядра в одно целое, сила тяготения которого к оси вращения планеты меньше суммы сил тяготения указанных частей к этой оси с нарушением равенства инертной и тяжелой масс твердого ядра.

Возникновение когерентного состояния вещества объясняют активизацией дополнительных измерений в центральной области планеты, участием дополнительных измерений в создании магнитного поля и недоступностью дополнительных измерений для теплового движения, ограниченного четырехмерным пространством-временем.

Когерентное состояние характеризует связанность и упорядоченность частиц вещества. Оно является результатом коллективного взаимодействия частиц, которое может выражаться в одинаковом направлении магнитных моментов атомов, в согласованном движении нуклонов атомного ядра, в квантовых эффектах гравитации. Особым состоянием центральной области планеты обусловлены спонтанный сдвиг и намагниченность твердого ядра планеты, сокращение пути распада радиоактивных элементов.

Предлагаемый способ демонстрации отрыва потока основан на неизвестных ранее закономерностях конвективной диффузии в условиях дискретного движения твердого тела в жидкости. Эти закономерности представлены в виде уравнений, которые обеспечивают расчет параметров демонстрационных опытов.

Постоянную составляющую электрического тока через зонд до и после включения угловой вибрации твердого ядра описывают, соответственно, уравнениями

где J_с - постоянная составляющая электрического тока при равномерном вращении твердого ядра до включения угловой вибрации,

J_s - постоянная составляющая электрического тока после включения угловой вибрации с сохранением средней угловой скорости вращения твердого ядра,

с₀ - концентрация разряжающихся ионов в объеме раствора,

n - число электронов, участвующих в разряде одного иона,

F=96500 Кл/моль - число Фарадея,

D - коэффициент диффузии разряжающегося иона,

Г - гамма-функция, Г(1/3)=2.6789,

H - высота зонда,

b - длина зонда в направлении его движения при вращении твердого ядра,

- постоянная составляющая поперечного градиента скорости жидкости, направленного по нормали к поверхности зонда.

ω - круговая частота угловой вибрации твердого ядра,

v - кинематическая вязкость раствора электролита,

r - радиус твердого ядра,

ΔΩ_С - амплитуда колебаний угловой скорости твердого ядра.

Переменную составляющую электрического тока на частоте угловой вибрации твердого ядра рассчитывают по уравнениям

где J_a - проходящая через границу зонда с раствором электролита переменная составляющая электрического тока на частоте угловой вибрации,

Г - гамма-функция,

n - число электронов, участвующих в разряде одного иона,

F=96500 Кл/моль - число Фарадея,

D - коэффициент диффузии разряжающихся ионов,

с₀ - концентрация разряжающихся ионов в объеме раствора,

А=bH - площадь зонда,

b - длина зонда в направлении его движения при вращении твердого ядра,

- постоянная составляющая поперечного градиента скорости жидкости, направленного по нормали к поверхности зонда, определяемая, в частности, по величине тока при вращении твердого ядра до наложения угловой вибрации,

- амплитуда переменной составляющей поперечного градиента скорости жидкости, направленного по нормали к поверхности зонда,

ω - круговая частота угловой вибрации твердого ядра,

t - время,

- переменные интегрирования,

β - критерий подобия в виде безразмерной частоты,

Е_с(β), E_s(β) - определяемые расчетом коэффициенты, зависящие от критерия β, в частности

Е_с(100)=9.1042·10^-5, E_s(100)=109.28·10^-5,

Е_с(500)=0.3494·10^-5, E_s(500)=10.241·10^-5,

E_c(1000)=0.0846·10^-5, E_s(1000)=3.6591·10^-5.

В качестве развития предлагаемого способа регистрируют постоянную составляющую тока при двух режимах вращения твердого ядра: при непрерывном равномерном вращении и при дискретном вращении, которое достигают периодическими остановками между интервалами движения, показывают, что вызванное периодическими остановками снижение средней скорости вращения повышает постоянную составляющую тока.

Затем увеличивают частоту остановок при сохранении средней скорости вращения и уменьшают этим шаг дискретного вращения, что приближает вращение к равномерному. Показывают, что это также повышает постоянную составляющую тока вместо снижения до величины, наблюдаемой при равномерном вращении. Указанные повышения постоянной составляющей тока рассматривают как парадокс дискретизации и объясняют зависимостью тока от поперечного градиента скорости жидкости, направленного по нормали к поверхности зонда, а также тем, что снижение средней скорости вращения сопровождается увеличением амплитуды указанного поперечного градиента.

Предложен и испытан также еще один вариант способа демонстрации отрыва потока от дискретно вращающегося твердого ядра. Он заключается в том, что на диаметрально противоположных местах поверхности твердого ядра устанавливают два электропроводных зонда, погружают твердое ядро и электрод сравнения в резервуар с раствором электролита, прикладывают к зондам и к электроду сравнения постоянную разность потенциалов, приводят резервуар в равномерное вращение, смещают твердое ядро от оси вращения резервуара, осуществляют импульсный поворот твердого ядра и одновременно регистрируют по одному импульсу электрического тока на каждом из двух зондов, противоположность полярностей указанных импульсов рассматривают как признак противоположности течений раствора электролита в диаметрально противоположных местах твердого ядра и, следовательно, как признак существования области обратного течения, обусловленной отрывом потока.

Регистрируют также зависимость электрического тока, проходящего через один из зондов на поверхности твердого ядра, от углового положения твердого ядра, прохождение тока через минимальное и максимальное значения объясняют изменением зазора между резервуаром и указанным зондом.

В предложенной модели планеты передаточное отношение ременного привода твердого ядра периодически меняется со временем благодаря выступам на ведущем шкиве. В данных условиях при равномерном вращении ведущего шкива ведомый шкив твердого ядра периодически меняет свою угловую скорость. При этом на равномерное вращение твердого ядра накладывается угловая вибрация. Симметрия выступов на ведущем шкиве обеспечивает симметрию зависимости переменной составляющей угловой скорости от времени. Это, в частности, выражается в равенстве времен нарастания и спада угловой скорости в пределах периода вибрации.

В данных условиях периодическое изменение угловой скорости твердого ядра со временем близко к синусоидальному, что делает возможным выделение колебаний электрического тока на частоте угловой вибрации твердого ядра.

Сочетание на ведущем шкиве канавок с шипами и без шипов позволяет сравнить гидродинамические эффекты в двух режимах вращения твердого ядра - с угловой вибрацией и без нее - при одной и той же средней угловой скорости твердого ядра относительно периферии жидкости.

В частности, таким путем обнаружено парадоксальное явление конвективной диффузии - рост электрического тока на зонд при уменьшении средней скорости движения зонда относительно жидкости. В данном случае уменьшение средней скорости компенсируется увеличением производной скорости жидкости по расстоянию от зонда при его угловой вибрации.

Полый вал, жестко соединяющий твердое ядро с ведомым шкивом, необходим для передачи угловой вибрации твердому ядру - в отличие от модели планеты по патенту РФ 2251662, где твердое ядро подвешено на нити и приводится во вращение жидкостью, а нить вращается вместе с твердым ядром, не закручивается и потому не влияет на вращение твердого ядра.

Настоящее изобретение использует зависимость свободного углового дрейфа твердого ядра от его сдвига, измеренную на модели по патенту РФ 2251662. Воспроизведение этой зависимости достигается установкой необходимых скоростей вращения твердого ядра и резервуара при заданном значении сдвига.

Расположение вертикального полого вала в отверстии втулки, скрепленной с ведомым шкивом, дает возможность регулировать высоту расположения твердого ядра в резервуаре, заполненном жидкостью. Радиальный подшипник поддерживает вертикальное положение полого вала и ограничивает амплитуду горизонтальных биений твердого ядра величиной 0.1 мм при радиусе твердого ядра 47 мм.

При крутильных колебаниях твердого ядра около положения равновесия П-образная форма пружины обеспечивает симметрию полупериодов колебаний зонда, приближает колебания к синусоидальным. Симметрия исключает колебания электрического тока на частоте колебаний зонда в отсутствие однонаправленного течения, то есть в точке отрыва потока. Фиксация положения равновесия твердого ядра дает возможность увеличить длительность избирательной регистрации колебаний электрического тока, уменьшить полосу пропускания избирательного усилителя и таким путем повысить чувствительность регистрации.

Это позволяет наблюдать тонкую структуру течения в окрестности точки отрыва потока, а также процесс слияния точек отрыва и присоединения потока по мере уменьшения области обратного течения при уменьшении сдвига твердого ядра. При упругом закреплении ведомого шкива он взаимодействует с ведущим шкивом через стрелку, ремень со шкивов удален.

Регистрация тех колебаний электрического тока, которые совпадают по частоте с угловой вибрацией, - существенный момент предложенного способа демонстрации отрыва потока от твердого ядра.

Скорость течения жидкости относительно вибрирующего зонда имеет две тангенциальных составляющих - постоянную и переменную. В местах отрыва и присоединения потока постоянная составляющая течения меняет направление, ее скорость проходит через нуль.

Если постоянной составляющей течения нет, одна только угловая вибрация зонда способна вызвать колебания электрического тока с удвоенной частотой вибрации - в силу симметрии полупериодов. В процессе угловых колебаний твердого ядра прямое и обратное движения зонда создают одинаковую конвекцию жидкости и дают одинаковые вклады в электрический ток, то есть два одинаковых подъема тока за один период вибрации.

Эквивалентность прямого и обратного направлений нарушается при наличии постоянной составляющей течения жидкости. В данном случае смещение зонда по течению создает меньшую конвекцию, чем против течения. Соответственно, в токе появляется составляющая с частотой вибрации - на протяжении периода вибрации преобладает один подъем тока, обусловленный движением зонда против течения.

В настоящем изобретении скорость жидкости по нормали к поверхности твердого ядра имеет тот же порядок малости, что и отношение сдвига к радиусу твердого ядра. Это позволяет исключить ее из уравнения нестационарной конвективной диффузии, что упрощает решение такого уравнения.

В опытах, проведенных на предложенной модели твердого ядра, найдены два - за цикл обращения ядра - прерывания колебаний электрического тока, имеющих частоту вибрации. Из изложенного следует, что эти прерывания соответствуют прохождению зонда через две границы области обратного течения, то есть через точку отрыва и через точку присоединения потока.

В другом варианте предложенного способа демонстрации отрыва потока от твердого ядра признаком отрыва потока служит противоположность полярностей импульсов электрического тока на противоположных сторонах твердого ядра при его импульсном повороте. Особенность данного варианта состоит в возможности использовать однократный импульс движения зондов в нестационарном потоке.

Символы математических выражений, иллюстрирующих описание, расшифрованы в местах их применения. Таблицы приведены в конце описания.

На чертежах показаны:

Фиг.1 - модель планеты с угловой вибрацией твердого ядра, общий вид. Фиг.2 - вид А на фиг.1. Фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1. Фиг.4 - узел резервуара и твердого ядра. Фиг.5 - разрез В-В на фиг.4. Фиг.6 - разрез Г-Г на фиг.4. Фиг.7 - узел зонда (увеличено). Фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.7. Фиг.9 - разрез Е-Е на фиг.7.

Фиг.10 - электрическая схема модели планеты. Фиг.11 - ведущий шкив ременной передачи твердого ядра. Фиг.12 - разрез Ж-Ж на фиг.11. Фиг.13 - вариант выполнения твердого ядра. Фиг.14 - вид 3 на фиг.13. Фиг.15 - ведущий шкив с двумя шипами. Фиг.16 - ведущий шкив с двумя овальными выступами. Фиг.17 - ведущий шкив с тремя овальными выступами.

Фиг.18 - модель планеты с локальной угловой вибрацией твердого ядра, вид сверху. Фиг.19 - узел ведомого шкива в модели планеты по фиг.18. Фиг.20 - разрез И-И на фиг.19.

Фиг.21 - модель планеты с импульсной угловой вибрацией твердого ядра, общий вид. Фиг.22 - вид К на фиг.21. Фиг.23 - разрез Л-Л на фиг.21. Фиг.24 - узел электромагнитного толкателя. Фиг.25 - вариант соединения электромагнитного толкателя с ведомым шкивом. Фиг.26 - узел шарнира электромагнитного толкателя. Фиг.27 - узел Т-образного зонда. Фиг.28 - вид М на фиг.27. Фиг.29 - узел торцевого зонда. Фиг.30 - вид Н на фиг.29. Фиг.31 - однополярный импульс поворота твердого ядра; φ - угол поворота твердого ядра, t - время. Фиг.32 - биполярный импульс поворота твердого ядра. Фиг.33 - узел твердого ядра с выдвинутыми зондами. Фиг.34 - разрез O-O на фиг.33.

Фиг.35 - осциллограмма тока зонда при угловой вибрации твердого ядра, смещенного относительно резервуара и отстающего от него в процессе совместного вращения; периоды вращения: резервуар - 4.17с, твердое ядро - 4.47с. Фиг.36 - схема течений в экваториальной плоскости твердого ядра по данным опыта фиг.35; Ω - угловая скорость резервуара и периферии жидкости, δ - угловой дрейф твердого ядра (угловая скорость отставания твердого ядра от резервуара), Ω-δ - угловая скорость твердого ядра, r - радиус твердого ядра, s - сдвиг центра масс твердого ядра от оси вращения резервуара; φ_s - угол поворота зонда вместе с твердым ядром; начало отсчета угла φ_s - в точке наибольшего сближения твердого ядра с резервуаром; отрыв и присоединение потока происходят, соответственно, при значениях угла φ_s=80 град и cps=200 град, которые являются границами области обратного течения; угловая протяженность области обратного течения α=120 град.

Фиг.37 - иллюстрация аномального роста среднего тока при переходе от равномерного к дискретному вращению; осциллограмма среднего тока зонда с интервалами равномерного и дискретного вращения твердого ядра при сохранении средней скорости вращения; периоды вращения резервуара и твердого ядра 4.17 с и 4.47 с соответственно.

Фиг.38 - повторение опыта фиг.37 с увеличенными периодами вращения резервуара и твердого ядра 7.53с и 8.07с соответственно.

Фиг.39 - зависимости угла поворота твердого ядра от времени при равномерном (φ_с) и дискретном (φ_s) вращениях в условиях опыта фиг.37; показаны также уровни установившихся средних токов при равномерном (J_c) и дискретном (J_s) вращениях в том же опыте; дискретность вращения достигнута наложением угловой вибрации твердого ядра с амплитудой ΔΩ_С и круговой частотой ω на равномерное вращение с угловой скоростью δ, выполнено условие ΔΩ_С≥δ. Фиг.40 - график дискретного вращения с регулируемым отношением (τ₀/τ_с) длительностей остановки (τ₀) и движения (τ_с).

Фиг.41 - иллюстрация прохождения среднего тока через максимум по мере роста отношения τ₀/τ_с на фиг.40. Фиг.42 - схема роста среднего тока / с уменьшением шага дискретного вращения твердого ядра.

Фиг.43 - иллюстрация распределения скорости жидкости вблизи дискретно движущейся плоской стенки на двух частотах (ω₂=40ω₁) дискретного движения при совпадении постоянной составляющей (u₀) скорости стенки с амплитудой переменной составляющей скорости; стенка эквивалентна зонду как малому участку дискретно вращающегося твердого ядра. Фиг.44 - зависимость «угол φ-время t» для частоты ω₁ на фиг.43. Фиг.45 - зависимость «угол φ-время t» для частоты φ₂ на фиг.43; рост частоты при сохранении амплитуды скорости приводит к уменьшению шага дискретного движения.

Фиг.46 - иллюстрация распределения концентрации c(y, t) вещества, потребляемого на зонде, после включения угловой вибрации твердого ядра с зондом (t=0) через интервалы 10 с (приближенная схема с реальным масштабом); с₀ - концентрация в объеме жидкости; постепенный рост градиента концентрации - за счет конвекции - соответствует участку роста тока на фиг.37, 38.

Фиг.47 - иллюстрация распределения концентрации с(у, t) вещества, потребляемого на зонде, после выключения угловой вибрации (t=0) через интервалы 10 с (приближенная схема с реальным масштабом); постепенное снижение градиента концентрации - за счет диффузии - соответствует участку спада тока на фиг.37, 38.

Фиг.48 - упрощенная схема вибрации зонда: чередование импульсов скорости с остановками; градиент относительной скорости жидкости у поверхности твердого ядра как функция времени при угловой вибрации твердого ядра, (du_x/dу)_у=0=(t), аппроксимация синусоидальной функции знакопеременными прямоугольными импульсами с . Фиг.49 - границы колебаний распределения концентрации с (у, t) над центральной частью зонда (x=b/2) при импульсной вибрации в условиях фиг.48; время остановки зонда относительно мало - диффузия не успевает значительно снизить градиент концентрации и тем самым изменить ток; этим объясняется относительно малая амплитуда переменного тока при угловой вибрации твердого ядра с зондом по сравнению с постоянной составляющей тока.

Фиг.50 - иллюстрация к расчету амплитуды переменного тока при угловой вибрации твердого ядра: функция Q(ς). Фиг.51 - подынтегральная функция для расчета E_с(β). Фиг.52 - осциллограмма импульсов тока на диаметрально противоположных зондах (A) и (B) при импульсных поворотах сферического твердого ядра, находящегося в центре сферического резервуара; сдвиг твердого ядра отсутствует, s=0; двойная стрелка указывает импульсы, полученные поворотом твердого ядра в сторону вращения резервуара; одновременные импульсы тока на обоих зондах имеют одинаковую полярность (направлены вверх) - отрыва потока нет; диаметр твердого ядра 57 мм, резервуара - 236 мм; зонды - квадратные пластинки из никеля размером 7×7×0.1 мм, покрытые лаком со стороны, обращенной к твердому ядру; зонд А выдвинут из твердого ядра на 2 мм, зонд В - на 0.3 мм; период вращения резервуара 5.6 с.

Фиг.53 - осциллограмма импульсов тока при импульсных поворотах твердого ядра, смещенного от оси вращения резервуара; сдвиг твердого ядра s=10 мм, остальные условия - как в опыте фиг.52; полярности импульсов противоположны, что является признаком отрыва потока; в области обратного течения находится зонд В. Фиг.54 - повторная осциллограмма в условиях фиг.53.

Фиг.55 - зависимость тока J от угла Ψ ориентации зонда на сферическом твердом ядре, сдвинутом от оси вращения сферического резервуара; диаметр твердого ядра 57 мм, внутренний диаметр резервуара 236 мм, сдвиг твердого ядра s=22 мм; начало отсчета угла Ψ расположено в месте наименьшего зазора между твердым ядром и резервуаром; изменение угла Ψ со временем достигнуто равномерным вращением твердого ядра в сторону вращения резервуара; период вращения резервуара 6.1 с; в окрестности угла Ψ=246° возникают колебания тока.

Фиг.56 - регулярные колебания тока, происходящие при остановке зонда в положении Ψ=246°. Остальные условия - как на фиг.55.

Фиг.57 - модель планеты со спонтанным сдвигом твердого ядра относительно качающихся литосферы и нижней мантии (показанных в разрезе); в когерентном состоянии центральной области планеты проявляют особые свойства четыре фундаментальных взаимодействия - сильное (α), слабое (β), электромагнитное (γ), гравитационное (δ); вверху справа к символу трех соответствующих типов радиоактивного излучения добавлена стрелка вниз, символизирующая тяготение.

Фиг.58 - действующая модель планеты с угловой вибрацией твердого ядра, фотография. Фиг.59 - ведущий шкив с шипами, создающими колебания угловой скорости твердого ядра, фотография. Фиг.60 - соединение ведущего шкива с ведомым шкивом, несущим втулку с вставленным в нее полым валом; на верхнем конце полого вала расположен коллектор, обеспечивающий электрический контакт с зондом и электродом сравнения, фотография.

Фиг.61 - резервуар с цилиндрическим твердым ядром, погруженным в раствор электролита; зонд - лента на боковой поверхности твердого ядра; электрод сравнения - две пластины на верхнем торце твердого ядра, фотография. Фиг.62 - изготовленное из фторопласта цилиндрическое твердое ядро с зондом, электродом сравнения и полым валом, фотография. Фиг.63 - модель планеты в процессе сборки, белый круг - фторопластовый сепаратор для шарикоподшипника под ведомым шкивом, фотография. Все устройства и детали, показанные на фотографиях, изготовлены руками автора.

Модель планеты с круговой вибрацией твердого ядра (фиг.1-3) включает резервуар 1, заполненный жидким раствором 2 электролита. Раствор находится в контакте с двумя электродами: зондом в виде ленты 3 и электродом сравнения, роль которого выполняет полый вал 4 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с возможностью закрепления на нем дополнительных пластин из никеля.

В раствор погружено твердое ядро 5, подвешенное на ведомом шкиве 6. Ременная передача 7 соединяет ведомый шкив с натяжным роликом 8 и ведущим шкивом 9, снабженным шипами 10. Зонд и электрод сравнения подключены к источнику напряжения 11 через нагрузочное сопротивление 12, соединенное со входом избирательного усилителя 13, который имеет регулируемую полосу пропускания. Избирательный усилитель подключен к осциллографическому регистратору 14 тока в цепи электродов. Нижний конец полого вала 4 запрессован в твердое ядро. Полый вал проходит через отверстие втулки 15, скрепленной с ведомым шкивом 6. На верхний конец полого вала надет коллектор 16, касающийся гибких щеток 17, осуществляющих контакт зонда и электрода сравнения с источником напряжения 11.

Ведущий шкив 9 установлен на распределительном валу 18. Средний шкив 19 распределительного вала соединен ременной передачей 20 с ведомым шкивом 21 резервуара. Нижний шкив 22 распределительного вала через ременную передачу 23 соединен со шкивом 24 двигателя 25, закрепленного на полке 26. Полка стягивает опоры 27, 28, на которых установлен неподвижный мост 29 с колоннами 30, 31. Колонны снабжены роликами 32, 33, на которые опирается подвижный мост 34. Подвижный мост снабжен щитком 35. В щиток ввернут микрометрический винт 36, который упирается в колонну 30 под действием пружины 37, оттягивающей подвижный мост к колонне 31. С подвижным мостом скреплен щеткодержатель 38.

Шкивы резервуара и ядра опираются на упорные шарикоподшипники 39, 40. Центр шкива резервуара фиксирован осью 41. Под резервуаром находится подставка 42 с тремя цилиндрическими стойками 43. Вертикальное положение распределительного вала 18 обеспечено кронштейнами 44, 45. Серьги 46, 47 служат для закрепления магнитов компенсатора внешнего магнитного поля (магниты на чертеже не показаны), что расширяет возможности модели планеты.

Подвижный мост составлен из двух рельсов 48, 49 (фиг.2). Нижний мост 29 выполнен из швеллера (фиг.3). Твердое ядро выточено из фторопласта в виде тела 50 вращения, имеющего цилиндрический участок 51 (фиг.4). Внутри твердого ядра расположена полость 52, закрытая пробкой 53 с монтажным отверстием 54.

В твердом ядре выполнены четыре радиальных канала 55, в которые вставлены концы 56 двух зондов 3 и 57, имеющих вид П-образных лент. Каналы 55 закрыты герметичными вставками 58.

Токовыводы 59, 60, проходящие внутри полого вала 4, соединяют зонды 3, 57 с контактными кольцами 61, 62 коллектора 16. От полого вала контактные кольца отделены изолирующей втулкой 63. Электрод сравнения включает изогнутую пластину 64, выполненную из никеля. Пластина 64 надета на полый вал 4 и прижата бандажом 65 из силиконовой резины. Резервуар закрыт крышкой 66 с диафрагмой 67, которая касается поверхности 68 раствора. Полый вал 4 закреплен в отверстии втулки 15 винт