Український маятниковий інструмент

Реферат: Об'єкт винаходу: маятниковий інструмент для визначення дії переносної сили інерції, що обумовлена обертанням Землі. Галузі застосування: геодезія, геофізика, геодинаміка, астрометрія, географія, океанографія, гідрологія, метеорологія, метрологія, навігація, космонавтика. Суть винаходу: маятниковий інструмент у вигляді підвішеного до земної опори вертикального маятника, у якому функцію тягаря виконує горизонтальний маятник, а підвіс виконаний із гнучкого і пружного матеріалу з можливістю скручування і розкручування при поворотах або коливаннях горизонтального маятника у вигляді щонайменше трьох однакових тягарів, що на однакових важелях рівновіддалено прикріплені до стрижня-осі, яка є продовженням гнучкого і пружного підвісу і разом з ним задає у просторі напрям дії сили земного тяжіння, а під асиметричною дією на тягарі переносної сили інерції вона може повертатись або коливатись, обумовлюючи скручування або розкручування підвісу вертикального маятника, демонструючи дію переносної сили інерції. Технічний результат: створюється можливість вести неперервні спостереження за дією переносної сили інерції, що обумовлена обертанням Землі; відкривається можливість розпочати всебічні вивчення впливу дії переносної сили інерції і обертання Землі на плин багатьох природних явищ геодинамічного характеру. UA 108967 C2 (12) UA 108967 C2 UA 108967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до геодинаміки і гравіметрії - галузей науки, техніки і виробництва, які вивчають і визначають фігуру, обертання і гравітаційне поле Землі і дію сил, які ними обумовлені. Гравітаційне поле Землі обумовлює існування сили земного тяжіння, а обертання Землі навколо своєї осі - існування переносної і поворотної сил інерції. Ці сили причетні до формування фігури Землі і, відповідно, до виникнення і плину різних фізичних процесів, що пов'язані з еволюцією фігури Землі. Зрозуміло, що вивчення дії всіх сил, що обумовлені обертанням Землі навколо своєї осі, завжди представляли, представляють і будуть представляти інтерес для людства. Дію цих сил вивчають в геодезії, геофізиці, геодинаміці, географи, океанографи, гідрології, метеорології, метрології, астрометрії, навігації, космонавтиці та ін. Вивчення особливостей дії будь-якої сили зазвичай починається із вміння демонструвати цю дію або якісь її прояви. В подальшому цей крок приводить до визначень чи вимірювань якихось компонентів сили. Цей загальний підхід стосується і сил, що обумовлені обертанням Землі і демонструють обертання Землі - поворотна (коріолісова) сила інерції і переносна сила інерції (Тарг С.М., 1970, на стор. 221; Голубева О.В., 1968, на стор. 118). Загальновизнаним класичним пристроєм для демонстрації обертання Землі є маятник Фуко. Він детально описаний у книзі "Опыт Фуко" (Верин А., 1934). На сьогоднішній день у світі споруджені декілька сотень маятників Фуко різних конструкцій, із яких біля двох десятків знаходяться на території колишнього СРСР; два маятники Фуко є в Україні (Ненахова Е.М., 2013, на стор. 252). Маятник Фуко являє собою тягар вагою декілька десятків кілограмів, який шарнірно підвішений до земляної опори на дроті (чи тросі) довжиною декілька десятків метрів, і може вільно коливатись у будь-якій вертикальній площині. Всі маятники Фуко, що створені у світі, використовуються лише для демонстрації дії поворотної сили інерції. Для демонстрації переносної сили інерції вони не придатні. Не можна демонструвати маятниками Фуко дію поворотної сили інерції в екваторіальній зоні Землі. У 2007 році мною був запропонований спосіб демонстрації дії переносної сили інерції за допомогою маятникового інструмента, який захищений патентом України на винахід 73250. Запропонований спосіб демонстрації обертання Землі був описаний у заявці на винахід № а200712450, кваліфікаційна експертиза якої була припинена за моєю ініціативою (я не мав змоги вчасно відповісти на попередній висновок кваліфікаційної експертизи). Демонстрація обертання Землі за допомогою маятникового інструмента здійснюється таким чином. Інструмент треба установити так, щоб коромисло 2 (фіг. 6) його горизонтального маятника знаходилось у площині меридіана. Після цього маятниковий інструмент треба жорстко з'єднати із земною опорою в точці 1 підвісу його до опори. В результаті таких операцій і під дією переносної сили інерції коромисло 2 горизонтального маятника інструмента почне повертатись назустріч напрямку обертання Землі, демонструючи його наявність. На фіг. 7 площина меридіана співпадає із площиною креслення, а площина, в якій може повертатись коромисло 2, перпендикулярна до площини креслення. Цей спосіб придатний для використання не тільки у середніх і полярних широтах, але й у екваторіальній зоні широт. Його реалізація не пов'язана з якимись технічними і технологічними складнощами і перешкодами. Чутливість маятникового інструмента до дії переносної сили інерції насамперед залежить: від системи підвісу коромисла 2 на нитках 4 і їх фізичних властивостей; від довжини коромисла 2 і маси тягаря 3. Недоліком, незручністю чи слабким місцем способу демонстрації обертання Землі (дії переносної сили інерції) за допомогою маятникового інструмента є той факт, що він потребує перед кожною демонстрацією здійснювати установку маятникового інструмента у початкове (нульове) положення. Іншим недоліком способу демонстрації дії переносної сили інерції за допомогою маятникового інструмента є те, що останній є інструментом стаціонарного типу, який складно пристосувати для спостережень експедиційного типу. Ще одним відомим видом вертикально-горизонтального маятника є сейсмонахиломір Г.А. Гамбурцева (фіг. 7) (Саваренский Е.Ф. і Кирнос Д.П., 1955, на стор. 423) Для демонстрації або для визначення дії переносної сили інерції він не придатний. Основною задачею винаходу було створення більш досконалого, ніж маятниковий інструмент за патентом України на винахід 73250, приладу для демонстрації дії переносної сили інерції, яка обумовлена обертанням Землі. Нагадаємо, що це та сила, під дією якої розмиваються західні береги усіх рік, що течуть у меридіональних напрямках. Під її дією західні рейки меридіонально розташованих залізниць зношуються більше, ніж східні. Переносна сила інерції впливає на: формування глибинних океанічних течій, напрямків дрейфу льодових мас, 1 UA 108967 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 рух атмосферних мас, виникнення атмосферних аномалій і багатьох інших глобальних природних явищ. Вона навіть може впливати на дрейф континентів. Не шукати шляхів вивчення дії цієї сили не можна. Суть зробленого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема устрою удосконаленого маятникового інструмента (фіг. 1а). Він являє собою вертикальний маятник у вигляді горизонтального маятника підвішеного до земної опори. Горизонтальний маятник, як тягар вертикального, складається із жорсткого стрижня-осі 4, до якого рівновіддалено прикріплені (наприклад, через муфту 5) принаймні три одинакові важелі 6 із однаковими тягарями 7 на кінцях. За верхній кінець стрижень-вісь 4 через підвіс 3 в точці 2 з'єднаний із земною опорою 1. Підвіс 3 повинен бути зроблений із гнучкого і пружного матеріалу, що може дуже легко скручуватись і розкручуватись при поворотах або коливаннях стрижня-осі 4 під дією переносної сили інерції (та інших горизонтальних сил) на тягарі 7. Вісь-стрижень 4 має бути продовженням підвісу 3 і разом з ним задавати у просторі напрям дії сили тяжіння. Матеріалом для гнучкого і пружного підвісу 3 можуть бути: тонкий ланцюг, мотузка, шпагат, одна або декілька тонких ниток, струн, вузьких стрічок тощо. Якщо горизонтальний маятник буде, наприклад, підвішений до земної опори 1 на тонкому ланцюзі, то при його обертанні стрижня-осі 4 під дією переносної сили інерції на тягарі 7 ланцюговий підвіс 3 буде трохи скручуватись, поки не зникнуть всі невеликі люфти між кільцями ланцюга. По інерції скручування ланцюга буде перебільшення і він почне розкручуватись і по інерції закрутить ланцюг в протилежну сторону, а потім буде розкручуватись і закручуватись у зворотному русі. Тобто гнучкий підвіс 3, що може легко скручуватись і розкручуватись, буде забезпечувати повороти або коливання горизонтального маятника під дією переносної сили інерції на тягарі 7 горизонтального маятника. Розмах коливань горизонтального маятника буде залежати від довжини і товщини ланцюга і величини можливого його скручування довжини і ваги важелів 6, ваги тягарів 7. Рівновіддалене симетричне розташування важелів відносно осі-стрижня 4 буде асиметричним відносно напряму дії переносної сили інерції, що буде обумовлювати повороти або коливання горизонтального маятника. Вони і будуть свідченням дії переносної сили інерції, а відтак і обертання Землі. Описаний винахід є підстави назвати "український маятниковий інструмент". Український маятниковий інструмент створює можливість вести неперервні спостереження за дією переносної сили інерції, що обумовлена обертанням Землі Відкривається можливість розпочати всебічні вивчення впливу дії переносної сили інерції, а відтак і обертання Землі на плин багатьох природних явищ геодинамічного характеру. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пристрій для демонстрації і визначення дії переносної сили інерції, обумовленої обертанням Землі, який являє собою вертикальний маятник у вигляді підвішеного до опори як тягаря горизонтального маятника, який відрізняється тим, що підвіс вертикального маятника виконаний із гнучкого і пружного матеріалу з можливістю скручування і розкручування при поворотах або коливаннях горизонтального маятника у вигляді щонайменше трьох однакових тягарів, що на однакових важелях рівновіддалено прикріплені до жорсткого стрижня-осі, яка є продовженням гнучкого і пружного підвісу, разом з ним задає у просторі напрям дії земного тяжіння, а під асиметричною дією на тягарі переносної сили інерції стрижень-вісь буде повертатись або коливатись, обумовлюючи скручування або розкручування підвісу вертикального маятника, демонструючи дію переносної сили інерції. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що має можливість використання у функції тягаря вертикального маятника двох і більше послідовно підвішених один під другим горизонтальних маятників. 2 UA 108967 C2 3 UA 108967 C2 4 UA 108967 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5