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.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。