これ，回りますか？錘を使った回転装置です。

質問

これ，回りますか？錘を使った回転装置です。

この装置は内部に装備した吊下歯車と上乗歯車の錘 2個を利用して下記 1) と 2) の運動を交互に繰返しながら回転運動を継続するようにしたものです。そして 3) にて回転力不足を補って常時時計回りの回転力を生成するようにしています。

このままでは図1 のように装置が回転運動を継続するように思います。
下記 1), 2), 3) のいずれかまたは全てにある誤っているところを教えてください。

http://inakamono.srv7.biz/goo/goo.htm
の装置図を参照ください。

■1)
回転体重心(青点)が回転軸左側にあるときは，それぞれの錘の回転落下力の差異を利用して回転体は時計回りに回転して重心が上昇します。

図4-1には水平位置での吊下歯車と上乗歯車が分離した状態でのそれぞれの重量による回転力の関係を示します。吊下歯車と上乗歯車はそれぞれが独立して回転落下しようとするために切替装置は無関係な分離状態となり，重心も特に機能していません。

吊下歯車重量 W の 5 倍の回転力が主円盤との接点を支点として逆回転歯車を経由して伝達歯車に時計回り回転力として伝わります。
上乗歯車重量 3W の 1/2 倍の回転力が主円盤との接点を支点として伝達歯車に反時計回りの回転力として伝わります。
図 4-2 のように回転体が垂直方向以外は何れの回転角度でもこれらの差分 7W/2 に比例した回転力により伝達歯車は時計回りに回転して回転体重心（紫点）は上昇します。
回転の慣性力で回転体は垂直方向を越えて重心は回転軸右側に移動します。

■2)
回転体重心が回転軸右側にあるときは，それぞれの錘が一体となって重心が回転落下して回転体は時計回りに回転します。

図 5-1 には吊下歯車と上乗歯車が一体化した状態でのそれぞれの重量Ｗを合算した重心による回転力を示します。重心が回転軸の右側に位置した状態では吊下歯車と上乗歯車はそれぞれが同様に独立して回転落下しようとしますが，上乗歯車は切替装置に乗せられて吊下歯車と上乗歯車の両者は吊下棒一本に乗せられた一体状態となります。

吊下歯車重量 W と上乗歯車重量 3W を合算した重量 4W が吊下棒の重心位置に時計回りの回転力として作用します。
図 5-2 のように回転体が垂直方向以外は何れの回転角度でも作用するこの回転力により回転体は時計回りに回転して重心が下降します。
回転の慣性力で回転体は垂直方向を越えて重心は回転軸左側に移動します。

■3)
図6 のように回転体を90°間隔に 2個と増やすと 1個の場合の垂直方向での回転力は無くなるときも他方にて回転力を生じるので，常時生じる回転力からより力強く安定な回転力が得られます。装置下部の伝達歯車に加わる時計回り回転力を示す伸縮を繰返す赤矢印の長さが０とならないことからも見てとれます。

■以下は他装置図の説明です。

図2 は装置の構成です。
吊下棒が水平時の装置構成を示します。部品名右側の数値は歯車半径を示します。
青点は錘となる吊下歯車と上乗歯車からなる装置の重心です。

水平台に垂直に支柱を 2本立てて支柱上部の間に水平回転棒を固定して装着します。
水平回転棒に主円盤歯車は固定して，吊下棒と上乗棒および伝達歯車は自由に回転できるように装着します。
吊下棒の一方には吊下歯車大小と逆回転歯車を自由に回転できるように，他方には上乗棒を乗せるための突起物を切替装置として装着します。
上乗棒の一方には上乗歯車を自由に回転できるように装着します。
吊下棒と上乗棒が一直線となるように主円盤と吊下歯車と上乗歯車および逆回転歯車と伝達歯車をかみ合うように装着します。
逆回転歯車は吊下歯車重量の回転落下力を伝達歯車に伝えることを目的としているのでできるだけ軽量とすることとしてこの重量は考慮していません。

図2-1, 2-2, 2-3, 2-4 は４つの構成部品ごとに示しました。

図3は伝達歯車を除去して吊下棒と上乗棒の分離状態と一体状態の運動状態の違いです。
図3-1は吊下歯車と上乗歯車それぞれが分離して個別に落下運動を行ないます。
図3-2は吊下歯車と上乗歯車が吊下棒に乗り一体化した全体重心の落下運動を行ないます。

回答No.9

wasida_1

やはりそうですか...。
できればその理由を少しのヒントでも教えていただければありがたいです。

・構造が複雑過ぎます。
・説明が複雑過ぎます。(NO.6さんと同じで読む気がなくなります。)
・実用性が見えない。(一分間に何回転回る予定ですか。回して何に使うのですか)
・上昇する力が絶対に足りない。または、それ以前の問題。
・図ですが、歯車の形状もいれて描かないと、線だけでは、厚みがないから、
製作者の都合のいい説明にしか見えない。

ヒントより、否定的なことばかりになってしまいますので、
歯車構造で、6分の1も動けば大したものです。
たとえ、小指の力で軽く動いたとしても、
自転するような回転は絶対ありえません。

きついようですが、考え方を大きく変えるのが
いいでしょう。

私の回答は、これが最後とさせていただきます。

お礼

なるほど...，なるほど...。
丁寧なご回答を大変ありがとうございます。
充分参考にさせていただきます。
本当にありがとうございました。

回答No.8

wasida_1

こんにちは、
やはり動かないでしょうね。

少々歯車の大きさを変えたりしても
意味ありません。
手元に大きさの違う歯車が増えていくだけです。

>歯車よりも良い部品が今のところ思いつけないでおります。

新たに思いつくまで、
思い切ってやめたほうが
無駄な出費もありません。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞やはり動かないでしょうね。

やはりそうですか...。
できればその理由を少しのヒントでも教えていただければありがたいです。

＞少々歯車の大きさを変えたりしても意味ありません。

「少々」を「大きく」に変えても同様でしょうか。

＞手元に大きさの違う歯車が増えていくだけです。

この状況は全くよく理解できます。

＞新たに思いつくまで、思い切ってやめたほうが無駄な出費もありません。

本当にありがとうございます。
このご指摘を大切にさせていただきます。

回答No.7

wasida_1

図を拝見すると、おそらく回りません。
手を離しても全く動かないか、
ある位置で動かなくなります。

歯車を使用すると、
重力より負荷のかかる力が
大きいと思います。

図6ですが、
吊り下げ歯車が二つ重なりますね。
どんな構造になるのでしょうか。

歯車なので回転するときに
発生する音も相当なものでは
ないでしょうか。

理論よりもまずは、
作ってみればどうでしょうか。
技術面や大きさ、本体重量、
費用などいろんな問題点が
みえてくると思います。

お礼

やはり回らないですか。
歯車よりも良い部品が今のところ思いつけないでおります。
図6は，吊り下げ歯車半径をできるだけ大きくして90度間隔で2本としてみたら図のように重なってしまいました。実際は2本の回転体は互いに接触することはなく，図のような場合は奥行きを持たして前後にずらすとか，間隔角度をより大きくするとか，吊り下げ歯車半径少し小さくするとかして接触しないようにします。
また，このように2本以上の回転体とするときは[4]と[5]の回転力を維持するために回転軸に回転体を固定しないでベアリング等を用いて互いに独立して回転できるようにします。
ご指摘いただきましたように，技術面と費用面では大変寂しいのですがまずは作ってみようとしております。各歯車を乗せて回転力を計ると可能性はありそうにも思えるのですが，実際は右にも左にもちっとも動いてくれないでいます。

回答No.6

SortaNerd

質問文を読む気が起きません。
人に読ませたければ記述をもっと最小限の部分のみに絞ってください。

とりあえず、
>２個の錘を分離利用すると重心を回転上昇することができる
の部分だけ詳しく説明してください。
その上昇のエネルギーがどこから出てきたのか。

お礼

ご指摘ごもっともと思います。より一層の簡潔文章に努めます。

質問文にもありますが次の装置図の中から以下の図を参照しています。
http://inakamono.srv7.biz/goo/goo.htm
図 4-1.分離状態の回転力関係　は分離利用した場合の２個の錘重量による回転力の関係です
図 4-2.分離状態の回転運動　は分離利用した場合の回転の様子です
図 3-1.分離状態の運動　は分離利用した場合の伝達歯車を除去した２個の錘の落下の様子です
図 2.装置の構成～図 2-4.上乗棒　は装置の構成です（質問文の「■以下は他装置図の説明です」を参照ください）

>>２個の錘を分離利用すると重心を回転上昇することができるの部分だけ詳しく説明してください。

質問文の「■1) 回転体重心(青点)が回転軸左側にあるときは，... 」 がこの部分の説明となります。
書き直そうと試みましたが殆ど同一文章となりますので，読みづらいところなんとかご一読お願いします。

この部分の目的は２個の錘を利用して振り子のような運動をさせて，やがて静止したときに２個の錘の重心が回転軸の鉛直線上方に位置付けるようにすること，としています。

そのために，回転軸をはさんでほぼ一直線上に配置した２個の錘歯車がそれぞれ独立して，固定した主円盤歯車の円周に沿って落下する回転力が伝達歯車に伝わる回転力の差異を利用して，何れの回転角度においても重心が上昇する方向に伝達歯車が回転することで，重心が上昇するようにしています。

>>その上昇のエネルギーがどこから出てきたのか。

実際に回転落下する吊下歯車の位置エネルギーと考えます。

補足

少しでも見易くなって欲しいものと装置図を一部色分けして，茶色文字にて符番したものを使用して改めて
「２個の錘を分離利用すると重心を回転上昇することができるの部分」だけを説明させていただきます。
文中の図は http://inakamono.srv7.biz/goo/goo.htm を参照ください。

図 4-1.分離状態の回転力関係 をご覧ください。
分離状態の２個の錘重量による回転力の関係を示します。
分離状態では２個の錘となる吊下歯車(4と5の青色)と上乗歯車(7の紫色)はそれぞれが独立して回転落下しようとします。
ここでもし伝達歯車(3の緑色)がないとすると 図 3-1.分離状態の運動 のようにどちらも落下することになります。

主円盤歯車(2の黒色)は回転軸に固定してあるので回転しません。
回転体がどちらに回転するか調べるために伝達歯車(緑色)に伝わる２個の錘の回転力を調べます。

吊下歯車(青色)は半径100の小歯車(4青色)と半径120の大歯車(5青色)の2枚を貼りあわせています。
吊下歯車重量Ｗは小歯車と主円盤歯車の接点を支点として，大歯車が接する逆回転歯車(6の赤色)を経由して伝達歯車へＷ×100÷(120－100)＝5Ｗの時計回り回転力として伝わります。

上乗歯車(7の紫色)の重量３Ｗは，接する伝達歯車へ3Ｗ÷2＝3Ｗ/2 の半時計回り回転力として伝わります。

従って伝達歯車の時計回り回転力は 5Ｗ－3Ｗ/2＝7Ｗ/2 となり，伝達歯車は時計回りに回転します。
この伝達歯車の回転と同期して回転体は時計回りに回転するので重心(G)は回転上昇します。
この伝達歯車の回転力は回転軸と２個の錘は一直線上に並ぶように配置していることで，回転角度により回転力に差異があるものの，時計回りに作用することには変わりがないので重心(G)は徐々に回転上昇してやがて回転軸の鉛直線上方に達します。

図 4-2.分離状態の回転運動 はこのときの運動の様子を示します。
回転体が鉛直方向を超えると一体状態となった様子となっていますので，鉛直方向までが分離状態の回転運動です。
下部の伸縮する赤矢印は伝達歯車の回転力が回転体の回転角度により変化する様子を示します。

回答No.5

Outsider1

歯車は６個使っていますよね。　もし伝達でのロスが１個について５％とすると、６個で３０％のロスになります。このことはどうお考えですか。　それよりも、もし一回転でもするということであれば、手を放した状態まで戻るということですから、それは永久に回転をするということです。　しかしそれはありえないので、一回転もしません。　実際に作って報告してください。　楽しみに待っています。

お礼

暖かい励ましのお言葉大変ありがとうございます。自信はそんなにありませんし，いつになるかもわかりませんが，できあがりましたらご報告させていただきます。

『永久に回転をすることはありえないので，一回転もしません』はエネルギー保存則と関連するご指摘と受け取らさせていただきました。

装置全体を１個の「系」とするとこのような装置はありえないものとエネルギー保存則では説明されていますが，
「エネルギー保存則とは『ある閉じた系の中のエネルギーの総量は変化しない』という物理学法則です」と
「振り子運動では位置エネルギーと運動エネルギーの総量は変化しません」との説明から，
振り子運動をエネルギー保存則の「系」とすることはできますでしょうか？
これができるとすれば次のようにエネルギー保存則に基づいた説明ができると思われるのですが，
できれば教えていただきたいと存じます。

この装置には
1)分離状態での回転軸上方を中心とする２個の錘による振り子運動，と
2)一体状態での回転軸下方を中心とする２個の錘の重心による振り子運動，の
２個の振り子運動があるので，それぞれによる２個の「系1」「系2」を用意します。

それぞれの「系1」と「系2」は重心が回転軸鉛直線上を通過するタイミングで活動状態と休止状態が入れ替わります。
活動状態は位置エネルギーから運動エネルギーへの変換があり，休止状態はエネルギー変換がない慣性状態を示します。

一方の活動状態にある「系」では，錘位置エネルギーを回転運動エネルギーへ変換しながら錘は徐々に安定位置へと移動します。この間他方の休止状態にある「系」ではエネルギーを消費としないで錘が徐々に安定位置から離れていきます。活動状態にある「系」にて錘が安定位置を通過した直後に，それまで休止状態中に安定位置から移動した錘位置となった「系」と活動状態と休止状態が入れ替わり，他方の「系」が活動状態となり同様運動を交互に繰返します。

このように休止状態「系」のときに他方活動状態「系」の作用によりエネルギーを消費しないで増大した位置エネルギーを，活動状態「系」のときに回転運動エネルギーへの変換を交互に繰返し重ねることで，装置外部からエネルギー供給を必要としないで装置外部へは回転運動エネルギーを供給することができるようになります。

回答No.4

Outsider1

２～３回転でもすればよいとの事ですが、ある位置から手を離すだけでは1回転もしません。　
そもそも歯車のような抵抗の多いものを多数使っているので、位置エネルギーが一番高いところから手を離しても、1回転をするかなり手前でとまり、次に逆の方向に向かい、振り子のように何回かそれを繰り返して重心が一番低い位置の近くで停止するでしょう。　
「すべての回転角度において時計方向に回転力が生じている」との事ですが、基本的なことを忘れていませんか。　手で押してまわすのではなく、重力によって回転体が回るのであれば。回転体が鉛直方向を過ぎたとたんに、重力により回転体は時計とは逆方向の向きの力がかかります。

お礼

>>２～３回転でもすればよいとの事ですが、ある位置から手を離すだけでは1回転もしません。

実のところは，この機能を持たせることが目的の１つです。
この装置は1個の単振り子だけではなく，次の２つの振り子運動から構成されています。

1)２個の錘円盤歯車それぞれが分離して固定円盤円周に添って回転落下しようとする振り子運動で，
この振り子運動は伝達歯車に伝わる回転力から重心は回転軸上方に位置付けられてやがて静止します。
このときの重心はそれぞれの錘が分離しているために重心としての機能は特にありません。

2)２個の錘円盤歯車が吊下棒一本に乗せられて一体となって重心が回転落下しようとする振り子運動で，
この振り子運動は重心が回転軸下方に位置付けられてやがて静止します。

重心が回転軸左側にあるときは 1) を，重心が回転軸右側にあるときは 2) の振り子運動を行なうように
切替装置に重心過重がかかるか否かで切り替わります。

>>そもそも歯車のような抵抗の多いものを多数使っているので、

回転力を滑らずに他方へ伝えるもの，から歯車を選択しました。
抵抗力の削減は回転力伝達率 0.95 というメーカー様数値に期待させていただきます。

>>位置エネルギーが一番高いところから手を離しても、1回転をするかなり手前でとまり、

上記 1) と 2) の振り子運動は重心位置が回転軸鉛直線上で切り替わります。

重心が回転軸左側にあるときは 1) により重心が徐々に上昇して安定する回転軸上方に達します。
この後回転軸上方を通過してしまいますが，この直後に重心が回転軸右側にある 2) の状態となります。

重心が回転軸右側にあるときは 2) により重心が徐々に下降して安定する回転軸下方に達します。
この後回転軸下方を通過してしまいますが，この直後に重心が回転軸左側にある 1) の状態となります。

このように１つの振り子運動のまま１回転することはなく，一方の振り子運動が静止点に達したら
直後に他方の振り子運動に制御を移す，ということを交互に行なった結果を回転運動にしています。

>>次に逆の方向に向かい、振り子のように何回かそれを繰り返して重心が一番低い位置の近くで停止するでしょう。

上記のように 1) と 2) の振り子運動は何れも逆の方向に向う前に他方振り子運動に制御が移ることから，
逆の方向へ向う運動はしないようにしています。

>>「すべての回転角度において時計方向に回転力が生じている」との事ですが、

実のところは，この機能を持たせることも目的の１つです。

>>基本的なことを忘れていませんか。　手で押してまわすのではなく、重力によって回転体が回るのであれば。
回転体が鉛直方向を過ぎたとたんに、重力により回転体は時計とは逆方向の向きの力がかかります。

上記のように装置内部に２つの振り子運動を用意することで，回転体が鉛直方向を過ぎたとたんに，他方の振り子運動に制御を移すことにて逆方向の向きの力がかかることを防止できているのではと期待してはおります。

回答No.3

juyjuy

問題点を一つだけ示しておきます。

各回転物には軸があります。軸受けと軸の下部には回転物の重さが加わり摩擦が生じます。この摩擦力のため始めは少し動いてもまもなく止まります。

この軸受けをエア軸受にすればかなり長時間回るかもしれませんが他にも接触部があるのでやはり止まります。

お礼

軸受け摩擦等を充分考慮検討する必要があるとのご指摘，大変ありがとうございます。
ただ，この装置は手で回転体を回した後の慣性力で回転して止まるのを待つのではなく，
回転体が１個の場合でも回転体が鉛直方向以外は時計回りに回転力が生じています，
回転体が２個の場合は回転体が鉛直方向も含めて全ての回転角度において時計回りに回転力が生じていますので，
この回転力を軸受け摩擦等の抵抗力より大きくすることで回転を継続して欲しいと考えてます。

回答No.2

RTO

第一種永久機関として動くか？という設問であれば、
頭の体操として楽しむのは結構ですが、そのような永久機関は18世紀には実現不可能と否定されたものです。

手で押せば回りますか？という設問であれば「回ります」という回答にはなりますが、
そのようななぞなぞではありませんよね？

お礼

第一種永久機関がどうすれば動いてくれるのか全く判りません。
また，手で押して回すのではなくて，静止させていた手を離すと自然と回転を始めて欲しいと思っています。
1)２個の錘を分離利用すると重心を回転上昇することができるのは問題がなくて
2)２個の錘を一体利用すると重心が回転下降することができるのも問題がないとすると
何故，この２つが繰返して上昇／下降を繰返すことが問題になるのかの理由を探しています。

回答No.1

Outsider1

永久に回転するかということを聞いているのであれば、内容を吟味するまでも無く、もちろんしません。

お礼

永久に回転してくれなくとも，静止させていた手を離したら２～３回転くらい回ってくれればと考えてます。