Rozmowa z prof. Stanisławem Gumułą i Henrykiem Doruchem, 1.09.2002 r.

Jakub Wróblewski – Chciałbym zacząć od sprawy filmów, które oglądałem. Bardzo brakuje na mojej stronie jakiegoś filmu, który by nie pozostawiał wątpliwości, że był kręcony przy, powiedzmy, 40 km/h.

Henryk Doruch – Na tym filmie, który posiadam, mam zapisane ostatnie próby przed pokazem publicznym w Kowarach. Wtedy obok tego samochodu testowego jechał równolegle inny samochód i mierzył prędkość. Podczas pokazu był jeden przejazd seatem ibizą, a potem maluchem. Później mieli zamiar zmienić pochłaniacz, ale jeden ze współpracowników Lucjana Łągiewki ukręcił śrubę i nie byli w stanie tego zrobić. Dlatego zdecydowali o przerwaniu pokazu, bo mógłby się skończyć tragicznie (tam był wielki tłum ludzi, stojących bardzo blisko). Potem mi przyszło do głowy, że zamiast stawiać tam zderzak porządnie zakotwiczony (do dziś stoi na stadionie w Kowarach), należało go zestawić na elementach zrywnych, żeby po przekroczeniu pewnej siły, która byłaby już zagrożeniem, mógł się zerwać i przejechać dalej. Z analizy uczestnika dyskusji [na pl.sci.fizyka] wynikało, że droga zatrzymania jest 50 cm; fizycznie to nie było możliwe, maksymalna droga zatrzymania na tym zderzaku mogła być do 16-17 cm, bo to wynikało z jego konstrukcji. Ponadto zastosowano układ zapadkowy, pamiętający faktyczną drogę zatrzymania czoła samochodu.

J.W. – Pomiar drogi na podstawie tego filmu rzeczywiście był bardzo trudny.

H.D. – Natomiast co tam było ciekawe: masa układu ruchomego [przed właściwym zderzakiem] – siłownika pneumatycznego, belki – była rzędu 70 kg. Jeśli się samochodem przy prędkości 40 km/h uderza w przedmiot o masie 70 kg, to już następują bardzo istotne uszkodzenia karoserii. A tu tego efektu nie było. Ja tę prędkość przyjąłem na wiarę; tak mówili świadkowie, którzy tam byli (oprócz grupy testującej). Oczywiście można by zrobić sondę i wtedy ci, którzy stali bliżej, mówiliby pewnie, że jechał szybciej... Gdyby jednak prędkość najazdu była wyraźnie mniejsza od deklarowanej - publiczność zareagowałaby gwizdami.

Prof. Stanisław Gumuła – Mówienie o szybkości przy tego typu pokazach zawsze będzie budzić wątpliwości, natomiast jeżeli chodzi o prędkość i działanie tego urządzenia, zachodzenie tego zjawiska, to w niewątpliwy sposób potwierdza to winda. Winda spadała, prędkość można wyliczyć, widać, że urządzenie działa.

H.D. – Ja spadałem w "windzie" z wysokości ok. metra, w pozycji siedzącej, na ławce. Kwestia pomiaru drogi hamowania – to było dosyć skomplikowane, w pierwszym momencie ściskał się siłownik, następnie się rozprostowywał, winda się zatrzymywała, siłownik wypychał listwę i rozpędzał pochłaniacz, a potem następował drugi upadek windy, na sprężyny asekuracyjne [por. filmy]. Ten drugi upadek był bardziej odczuwalny, niż to zatrzymanie na pochłaniaczu, które było nad podziw miękkie. Potem, ze względów bezpieczeństwa, musieliśmy zrezygnować z ławki – gdyby nastąpiło jakieś zacięcie, to lepiej połamać nogi, niż kręgosłup. Następne próby były przeprowadzane z wysokości do 3 metrów (tego próbował któryś ze strażaków, winda jest na terenie straży pożarnej). Ja obserwowałem tylko upadki z wysokości około metra, natomiast TVN sfilmował upadek windy (masa własna ok. 150 kG) z wysokości ok. sześciu metrów (prędkość ok. 40 km/h).

J.W. [Pytanie do prof. Gumuły] – Mówił Pan, że widać, że ta winda działa. Ale co to znaczy – czy ma Pan pełne przekonanie o tym, że ten hamulec działa lepiej, niż, powiedzmy, idealny hamulec olejowy, dający stałą siłę hamowania? Czy Pan to na tyle dobrze potwierdził, żeby to opublikować?

S.G. – Unikałem wypowiadania się na ten temat, dopóki nie było wyników badań uzyskanych metodami naukowymi. W AGH, przez około dwa lata, robiliśmy badania na pojazdach modelowych, mamy powtarzalność, mamy obniżanie się maksymalnej wartości siły bezwładności. Jest ona inna, niż by wynikało z zasady d’Alemberta. Natomiast jeśli chodzi o windę i samochód w skali rzeczywistej, to badania są poszlakowe. Nie podważam ich wartości, ale to nie były eksperymenty obejmujące pomiar kompletu wielkości fizycznych decydujących o zjawisku. Widzieliśmy (jeździłem na windzie), że efekty “miękkiego lądowania” są odczuwalne. Takiej siły bezwładności, jaka powinna być przy tak dużym spadku, się nie odczuwa. Niemniej jednak, wtedy ta winda oczujnikowana nie była.

H.D. – Wcześniej jeździłem tą windą z akcelerometrem piezoelektrycznym, trzymanym sztywno ręką i podłączonym długim kablem z małym cyfrowym oscyloskopem przenośnym. Początkowo przyczepiałem ten akcelerometr do samej windy, ale miał wtedy takie silne zakłócenia - przeciążenia wynikające z jazdy po prowadnicach - że w ogóle nie było widać sygnału. Kiedy potem odizolowałem akcelerometr od tych drgań, trzymając w ręku (sztywno, na ile się dało) – przeciążenia, jakie mierzyłem przy spadku, były poniżej 1 g. Przy spadku z 1 m i drodze hamowania znacznie poniżej 1 m, można przyjąć, że około 10-20 cm. To wprawdzie trudno było zarejestrować, bo po pierwszym zatrzymaniu było opadanie na sprężyny, winda się kołysała... Wtedy nie miałem możliwości rejestrowania pomiarów, oglądałem tylko na miejscu.

J.W. – Te badania, o których Pan mówił, że są powtarzalne, były robione na tym samym modelu, który oglądałem rok temu?

S.G. – Tak, na tym o masie ok. 10 kg i na kilku innych o zbliżonej masie. Różniły się one sposobem konwersji ruchu postępowego w obrotowy (konstrukcją).

H.D. – Powtarzalność wyników jest taka, że jeśli powtarzam eksperyment w ciągu kilku dni, to jeśli dobrze oczyszczę łożyska, różnice są na granicy rozdzielczości oscyloskopu czy drukarki.

J.W. – Co było mierzone?

S.G. – Wszystko, co niezbędne do identyfikacji zjawiska: prędkość – droga w funkcji czasu, droga hamowania, występujące opóźnienie i wynikające z tego przeciążenia określone zasadą d'Alemberta, przeciążenia rzeczywiste mierzone akcelerometrem przymocowanym do pojazdu oraz siłę hamowania. Efekt w tej chwili nie budzi wątpliwości.

H.D. – Sprawdziliśmy, że amplituda i przebieg wielkości przeciążenia wystarczająco dokładnie jest skorelowana z siłą hamowania. Dlatego zrezygnowaliśmy z pomiaru przeciążeń, bo drgania wywołane uderzaniem o siebie zębów przekładni dawały całe spektrum zniekształceń. Mierzyliśmy tylko siłę hamowania i przebieg drogi hamowania względem czasu.

S.G. – Zasadniczym problemem jest szybkie przekazanie energii pojazdu do akumulatora energii. Dotychczas to zjawisko nie było obserwowane dlatego, że nie było urządzeń mogących to wykonać dostatecznie szybko.

H.D. – Bardzo ważne jest jak duże są straty energii na tarcie na drodze między przeszkodą a pochłaniaczem; kiedy było zbyt duże tarcie (tłoczka), natychmiast rosła mierzona siła hamowania i bezwładności.

J.W. – A pojazdy napędzane kołem zamachowym? Tam jest to na bardzo podobnej zasadzie.

H.D. – Ale koło zamachowe ma dużą masę - bardzo duży moment bezwładności.

S.G. – Tak, koło zamachowe jest elementem akumulującym energię, przechwytującym ją w momencie, gdy jest jej nadmiar, do odzyskania podczas przyspieszania. Zjawisko jest to samo, tylko inna skala czasu dla procesu przekazywania energii oraz magazynowania energii w akumulatorze. Polega na zgromadzeniu jej w bardzo małej masie, posiadającej bardzo dużą prędkość obrotową. W rezultacie obserwujemy inne efekty.

J.W. – Moja wątpliwość polega na tym, ze jest to znane od dawna, są chyba nawet seryjnie produkowane takie samochody i nikt dotychczas nie zauważył efektów zmniejszania się bezwładności.

S.G. – Nie zauważono bo akumulując energię "stawiano" na dużą masę i duży moment bezwładności a nie prędkość konwersji. Gdybyśmy takie koło o dużej masie założyli do tego modelu, to zderzak tej energii nie wprowadzi, nie zdąży. Akumulator mechaniczny o dużej masie i dużym momencie bezwładności przy zderzeniu nie zdąży ruszyć, zachowa się jak ciało sztywne, połamie zęby lub zerwie dźwignię. W najlepszym wypadku dojdzie do odkształceń sprężystych.

H.D. – Problem polega na tym, że nasze koło powinno być jak najmniejsze.

S.G. – Problemem odzysku energii przy hamowaniu zajmuję się od lat, przy czym to jest odzyskiwanie za pomocą układów hydraulicznych - pompy, akumulatory hydropneumatyczne (olej pompowany do zbiornika z poduszką powietrzną). Ale to jest proces stosunkowo wolny, nie da się układem hydraulicznym tak szybko przekazać energii. I myśmy dotąd tego rodzaju zjawisk [jak przy zderzaku Łągiewki] nie obserwowali. Problemem zajmujemy się już długo i mamy wiele rzeczy rozpracowane; jest to bardzo ważne zwłaszcza przy maszynach budowlanych czy górniczych (np. koparka odzyskująca energię podczas opuszczania łyżki). Tylko, że to trwa przez sekundy, a zderzenie to skala milisekundowa. Lucjan wykorzystuje swoje mechanizmy do wytracenia energii, my się zajmujemy odzyskiwaniem.

H.D. – Tu też można odzyskać, z tego rozkręconego wirnika.

S.G. – Oczywiście, że można.
Jeśli chodzi o układ Lucjana - najlepiej, żeby to było urządzenie o zmiennym momencie bezwładności. Uruchamiane przy małym momencie bezwładności, który to moment po uruchomieniu urządzenia szybko rośnie.

H.D. – Wtedy ta sprężyna byłaby niepotrzebna. Co jest ciekawe – ten pochłaniacz uzyskuje obroty maksymalne ok. 6000/min., odpowiadające 60% energii kinetycznej pojazdu, w ciągu swojego pierwszego obrotu.

S.G. – Dziennikarze ciągle pytali, czy te zjawiska dają się porównać z podobnymi, znanymi. Ja uważam, że takim odniesieniem, nie ścisłym ma się rozumieć, ale poglądowym, przybliżającym to zjawisko, są tancerze na łyżwach.

H.D. – Ale tam jest masa ta sama. Oczywiście, taki łyżwiarz zamienia energię ruchu postępowego na obrotowy, ale wiruje jego cała masa, a nie tylko niewielka część.

S.G. – Ale przy wirowaniu masa już nie jest ważna, liczy się moment bezwładności.

J.W. – Ja do tego przykładu z tancerzem mam innego rodzaju zastrzeżenie: nikt raczej nie twierdzi, że przy wchodzeniu w piruet zachodzi zniesienie bezwładności, że tancerz nie musi dobrze pracować nogami, żeby nie upaść.

S.G. – No tak, on musi tę liniowa prędkość wytracić nie przewracając się, nie rozbijając. Jednak nie jest w stanie wykonać kilku obrotów nie posiadając wcześniej dużej prędkości liniowej. Nie można przejść do obracania się ze stanu spoczynku. Powiedziałem jednak analogia nie jest pełna i nie można zamiast pojazdami zacząć się zajmować łyżwiarzami.

H.D. – Ale proszę zobaczyć: on nie wytraca prędkości w ten sposób, że się zakotwicza na stałe łyżwami, bo wtedy by się przewrócił. I nie miałby skąd wziąć energii na obracanie się. Praca potrzebna na wprowadzenie się w ruch wirowy jest dużo mniejsza, niż praca potrzebna na zatrzymanie się. Musi użyć większej siły, żeby się zatrzymać bez wchodzenia w obroty. To samo przy hamowaniu samochodu na śliskiej nawierzchni: można zahamować lekko hamulcem ręcznym (na tylnie koła, żeby wprowadzić je w poślizg), a kierownicą lekko skręcić i wprowadzić samochód w obroty. Siła potrzebna na lekki skręt kół jest bardzo niewielka i manewr można wykonać na śliskim podłożu. Czyli patrząc na układ globalnie, siła użyta do zatrzymania samochodu jest dużo mniejsza, niż przy hamowaniu na wprost.

J.W. – Trzeba by pomierzyć...

H.D. – Na śliskiej nawierzchni, gdyby siła miała być duża, wprowadziłaby przednie koła w poślizg i samochód by nie skręcił. Albo jeszcze inaczej: łyżwiarz wybija się podczas jazdy, robi w powietrzu kilka obrotów i ląduje praktycznie w tym samym miejscu. I musi się na nowo odepchnąć, bo wytracił prędkość postępową.

S.G. – No tak, ale my sobie tylko dyskutujemy – czy to z kolegą, czy w szerszym gronie – ale, jak pan zauważył, te dyskusje nie mają odniesienia do pomiarów. Mogą co najwyżej komuś przybliżyć problem. Mówić w sposób odpowiedzialny o wynikach w ten sposób nie można. Jeśli chodzi o gazety – kiedy zobaczyłem, co dziennikarze zrobili z moimi wypowiedziami, to włosy mi stanęły dęba. Rozmawiając na poziomie popularnym my się staramy przybliżyć problem, porównując to do tancerza, obracania samochodu czy dachowania. To nie jest nauka, to są tylko takie interpretacje. Poza tym należy mieć świadomość, że my też do tego z niewiarą podchodziliśmy, w końcu uczyliśmy się fizyki przez kilkadziesiąt lat, a tu nagle coś się nie zgadza... Niektórzy w ogóle nie chcieli zacząć o tym rozmawiać, i do dziś nie chcą. Jeśli się wypowiadają to w sposób dla nas obraźliwy.

J.W. – Ja dotąd nie wierzę.

S.G. – Przez dłuższy czas odczuwałem pewien niepokój, czyśmy się gdzieś nie pomylili. Ale przeżyliśmy windę, badaliśmy małe modele, oglądaliśmy zderzenia samochodu rzeczywistego... Nie dało się, nawet przy mniejszych prędkościach, wytłumaczyć takiego efektu, jak szklanka wody, która się nie wylewa przy zatrzymaniu na tej samej drodze hamowania.

J.W. – A były takie filmy?

H.D. – Ten ze szklanką dotyczył hamulca, a nie zderzaka.

J.W. – A, to ten ze szklanką trzymaną w ręku za oknem? [por. filmy w dziale “Hamulec”]

H.D. – Tak, tu trzeba by świadomie tak poruszać szklanką, żeby zniwelować siły hamowania, a ten pokaz nie był robiony dla kogoś, tylko żeby się samemu przekonać.

S.G. – Też nie chcieliśmy wierzyć.

J.W. – A jak Pan się odnosi do Energetycznej natury mechaniki pana Łągiewki?

S.G. – No więc – to na pewno ma jakiś związek z energią. Ja ogólnej teorii tego zjawiska nie jestem w stanie podać, nie ma tyle materiałów. Tu trzeba by zebrać ogromny materiał doświadczalny. Proponowałem Lucjanowi, żeby ten hamulec nie nazywał się dynamiczny, tylko energetyczny. Bo jest coś w hamowaniu poprzez zamianę energii. Natomiast jakie są relacje między energią posiadaną, hamowaniem, energią przekazywaną, znoszeniem sił bezwładności – to wymaga naprawdę jeszcze ogromnej liczby badań. Kiedy miało być nagranie do programu TV red. Weissa, odmówiłem wyjazdu, póki nie będzie wyników. Bo może mi się tylko zdaje – jeśli mam poczuć, że przyspieszenie jest słabsze, to poczuję... Robocza hipoteza jest taka, że jeżeli następuje wytracanie energii z dyssypacją, np. przemiana termodynamiczna przy hamowaniu silnikiem, rozpraszanie w hamulcach, wówczas wszystko się dzieje tak, jak w zasadzie d’Alemberta. Natomiast w momencie, gdy ma miejsce konwersja a nie rozpraszanie energii kinetycznej, np. ruchu postępowego w ruch obrotowy wirnika, występują efekty zaobserwowane przez Łągiewkę, nie znajduję potwierdzenia w innych doświadczeniach. Nie każdy ruch z przemianą energii poruszającego się obiektu w inny rodzaj energii wyzwala efekt Łągiewki.

J.W. – Mnie tu niepokoi taka rzecz, że jeśli się temu przyjrzymy pod mikroskopem, to cały czas następuje tu przechodzenie z energii kinetycznej w potencjalną wiązań atomowych i bardzo ciężko jest rozgraniczyć, kiedy następuje czyste przekazanie energii kinetycznej, a kiedy konwersja jednej w drugą. Podobnie z hamulcem pneumatycznym...

S.G. – Nie, to o czym pan mówi, to już jest inna mechanika. To, z czym my mamy do czynienia, to jest sam środek mechaniki newtonowskiej i ona tu nie powinna zawodzić w żadnym przypadku. Natomiast kiedy już bierzemy poziomy energetyczne, atomy, drgania, promieniowanie – to już jest mechanika kwantowa i ona nie podlega Newtonowi.

J.W. – Tak, ja wiem, ale chodzi mi o to, że samo stwierdzenie, że np. koniecznym warunkiem jest przekazanie energii kinetycznej do wirnika bez pośrednictwa energii potencjalnej, niesie w sobie niepokój związany z tym, że my z daleka widzimy, że to jest przekazanie bezpośrednie, ale tam w środku cały czas występuje wiele zjawisk...

S.G. – Występuje wiele zjawisk, czy raczej mechanizmów zjawisk nakładających się na siebie. Czasem któryś jest dominujący. My zjawiska dyssypacji zlikwidować nie jesteśmy w stanie. Zawsze przy pracy sprężyny następuje podniesienie temperatury i wypromieniowanie ciepła. Chodzi tylko o to, żeby wszystko na to ciepło nie poszło. My takiego hamulca czy zderzaka o sprawności 100% oczywiście nie zbudujemy, bo to jest niemożliwe. Natomiast na tyle, na ile się da – żeby energia w pierwszych milisekundach nie poszła na odkształcenie i na ciepło – to, co obserwujemy, jest właśnie przejęciem energii kinetycznej. Potem oczywiście następuje dyssypacja, gdy kółko się w końcu zatrzymuje. Ale to już nie wpływa na te siły bezwładności, które w milisekundach zderzenia występują. I o to nam właśnie chodzi. Natomiast – żeby podać pełne uogólnienie ruchu postępowego... Drobniejsze zjawiska się bada latami. To jest zjawisko, w którym efekt już wychodzi; widać, że nie jest to złudzenie, to widać już nie tylko przez prostą obserwację, ale przez dobrze oczujnikowany układ badany przez zespół kilku ludzi (co najmniej trzech). Oczywiście, nadal jest jeszcze niepokój, czyśmy nie popełnili gdzieś błędu, bo byliśmy bardzo dobrymi uczniami z fizyki.

H.D. – Ja uważam, że powinniśmy wrócić do zmierzenia zjawisk obserwowanych przez p. Łągiewkę z użyciem dźwigni, trójnika, zderzaka dźwigienkowego, gdzie efekt jest całkiem wyraźny.

S.G. – Wracając do pana pytania, ja oczywiście na nie w pełni odpowiedzieć nie potrafię, natomiast wszystko wskazuje na to, że przekazanie energii kinetycznej w hamulcu energetycznym (to lepsza nazwa, bo dynamiczny to jest każdy hamulec) powoduje osłabienie siły bezwładności. I to jest obserwacja bardzo ciekawa. Jest nadzieja. Jak zjawisko dokładnie wygląda i jakie ma ograniczenia – to wymaga jeszcze wiele pracy. Tu by trzeba badać po kolei wpływ każdego z parametrów: przełożenie, tarcie, moment bezwładności, sprawność przekładni, sprężystość elementów, wszystko trzeba oczujnikować. I wszystkie czujniki ogromnej częstotliwości przenoszenia, bo czasy zderzenia są bardzo krótkie.

H.D. – Czasy zatrzymania mojego modelu zderzaka dźwigienkowego to 5 ms. Lokomotywka (pojazd modelowy) zatrzymuje się w ciągu 50 ms.

S.G. – Rzeczywiste zjawiska zderzenia są też tego rzędu.

H.D. – Tak, czasy otwarcia poduszki powietrznej w samochodzie to około 40 ms od zderzenia. Co ciekawe, kiedy zatrzymuję tę lokomotywkę na samej sprężynie powietrznej, przy tej samej prędkości, to nie tylko większa jest amplituda siły i przeciążeń, ale też czas hamowania jest dłuższy, niż z wirnikiem. Ja w tym układzie mierzę energię kinetyczną pojazdu przez pomiar prędkości, drogę i siłę hamowania sprężyny osobnym tensometrem, poza tym obroty wirnika i jego energię kinetyczną. Bilans energetyczny się zawsze zgadza.

S.G. – Powiedziałbym, że zasada zachowania energii jest tu tą zasadą, która upewnia nas, żeśmy nie zbłądzili. Natomiast zasada zachowania pędu nie zawsze jest spełniona jeżeli mamy układ więcej niż dwóch mas. Więcej niż dwa układy względem siebie nieinercyjne.

J.W. – A czy próbowali Panowie blokować ten wirnik, żeby o coś tarł, zamiast się rozkręcać?

H.D. – Wystarczy, że łożyska są zakurzone i efekt od razu się zmniejsza. Kiedy łożyska są dobrze oczyszczone czystą benzyną, wirnik można rozpędzić i będzie się kręcił ponad minutę, zakurzone łożysko zatrzymuje wirnik dużo szybciej. To przy zderzeniu działa tak, jakby hamować silnikiem, za pomocą tarcia i sprężania w cylindrach.

S.G. – Tak, można powiedzieć, że w tym procesie hamowania nie może występować na dużą skalę dyssypacja energii. Jeśli ona występuje, to wszystko jest tak, jak było u d'Alemberta.

J.W. – Czyli wynika z tego, że da się zrobić napęd bezodrzutowy?

S.G. – Na to wygląda, ale na pewno nie bezenergetyczny.

H.D. – W zasadzie tak. Jeśli w zamkniętym pudełku lokomotywa będzie uderzać w przeciwległe ściany – w jedną ze zderzakiem, a w drugą ze sprężyną, to cały układ będzie się przesuwał w kierunku uderzeń układu ze sprężyną.

J.W. – To byłby dosyć spektakularny pokaz właściwości zderzaka – gdyby zrobić skrzynkę, która po doprowadzeniu energii, zawieszona na linie wychyla się poza swój obrys i tak już zostaje.

H.D. – Można z wirnika tej lokomotywki odebrać częściowo energię i wykorzystać ją do kolejnego rozpędzenia. To samo z hamulcem energetycznym Łągiewki, można odzyskiwać energię hamowania. Słyszał pan o nagrodzie X Prize? To jest nagroda ufundowana dla organizacji prywatnej za opracowanie taniego sposobu wynoszenia na wysokość 100 km dwóch osób raz na dwa tygodnie. Bierze w tym udział wiele firm – mogłaby to być konkurencja.

S.G. – To nie jest tak, że my to mamy wszystko rozgryzione do końca, my tu z panem dyskutujemy, zastanawiamy się... Lucjanowi pewna rzecz się już udała – walczył o to długo.

H.D. – Nie wiem, czy pan widział film, na którym testowano hamulec samochodowy, zanim go zamontowali w mercedesie. Był on początkowo testowany na wielkim kole zamachowym prasy mimośrodowej. To była prasa o nacisku 60 ton, miała koło zamachowe o masie około 2 ton. To koło było rozpędzanie za pomocą koła pośredniego i 5 pasków klinowych, silnikiem chyba 5 kW. Zanim zamontowali hamulec w samochodzie, testowali go w ten sposób, że jeden z tych pięciu pasków klinowych napędzał hamulec dynamiczny. Odbiornikiem było kółko o masie, początkowo, 1,5 kg, przekładnia jeden do kilkudziesięciu. To wielkie koło kręciło się z prędkością mniej więcej 1 obr/s. I ten jeden pasek klinowy, podłączony do hamulca, zatrzymywał to duże koło w ciągu pół obrotu. I już choćby to o czymś świadczy – dla mnie to było wystarczającym potwierdzeniem, że praca potrzebna na zatrzymanie koła przez przekazanie energii kinetycznej jest dużo mniejsza, niż przy zamianie energii kinetycznej w potencjalną.

J.W. – Wróciłbym na chwilę do Energetycznej natury mechaniki. W dyskusjach internetowych zauważyłem, że niektóre zawarte tam stwierdzenia raczej zniechęcają do zainteresowania się całą sprawą. Choćby fragment mówiący o zderzaniu dwóch kul...

H.D. – Ten fragment chyba ktoś źle zinterpretował, tam Zygmunt Górski (bo to głównie on pisał) podał przykład ze sprężyną [por. rozmowa z poprzedniego dnia].

J.W. – To chyba nie ten fragment. Poza tym ten przykład z poprzeczką i dwiema kulami, energia jako wektor...

H.D. – Jest tam wiele błędów drukarskich, ale nie warto zwracać na to uwagi. Zresztą to była tylko wstępna wersja tej pracy (bez wprowadzonych korekt).

S.G. – Ja to czytałem ponad dwa lata temu, już tego nie pamiętam. Analizowałem pewne fragmenty bez eksperymentów, których wtedy nie miałem zrobionych. Nie chciałem się wypowiadać, póki nie miałem własnych badań. Teraz o tym mówimy, ale tylko o tym, co było zmierzone. Wyniknęło coś bardzo zaskakującego. Wynikające z prawa d'Alemberta stwierdzenie, że siła bezwładności jest proporcjonalna do występującego opóźnienia nie zawsze jest prawdziwe. Ogólnie można powiedzieć, że prawo to wymaga korekty, gdy mamy do czynienia z większą ilością mas niż dwie i gdy związane z nimi układy współrzędnych są nieinercyjne. Nie wmawiajmy wynalazcy, że obalił Newtona, bo tak nie jest.
Pewne efekty można obserwować badając zderzenia kul, ale trudno je zmierzyć.

H.D. – Można zmierzyć. Mając kulę, można za pomocą interferometru zmierzyć, o ile się spłaszcza. Nie grubość spłaszczenia, tylko powierzchnię.

J.W. – Ale to chyba przy założeniu, że odkształcenie jest plastyczne? Zmierzyć w locie, czy po zderzeniu?

H.D. – Można w locie, można np. powlec to jakąś farbą i mierzyć powierzchnię, na jakiej następuje jej zgniecenie.

S.G. – I potem co – przyłożyć tę sama siłę statycznie?

H.D. – No tak. Policzyć, jaką siłę trzeba przyłożyć, żeby uzyskać ten sam zgniot.

S.G. – Tak, są takie testy wytrzymałościowe. Tu trzeba by zmierzyć drogi hamowania – na drugiej kuli i na ścianie.

H.D. – Jeszcze jeden przykład: jeśli będzie pan uderzał młotkiem w kowadło, to siły i przeciążenia na rączce będą dużo mniejsze, niż przy uderzaniu w niesprężystą ścianę, np. drewno. Mówi się, że młotek oddaje w rękę. Kowal może kuć w kowadło dłużej, niż górnik w ścianę. [Możliwe wyjaśnienie: kowal odzyskuje wskutek odbicia część energii, a górnik musi podnieść kilof o własnych siłach – J.W.]. Co tu jeszcze można mierzyć – kule można zderzać nie bezpośrednio, tylko przez jakiś pręt, czy szereg innych kul. Można mierzyć siły tensometrem.

S.G. – No tak, tylko ta dyssypacja się będzie dodawała. Poza tym tu nie chodzi o odbicie, tylko o zachowanie się sił bezwładności w układzie związanym z kulą przekazującą energię.

J.W. – I gdzie się ten układ kończy? To jest bardzo trudne pytanie.

S.G. – To są tak małe drogi, tak małe czasy, że bez dobrej kamery tu niewiele się da zrobić.

J.W. – Jedna sprawa, to droga hamowania, uszkodzenia pojazdu itp., a inna sprawa, to ci pasażerowie siedzący w samochodzie. Weźmy wózek ze zderzakiem i przywiązany na nim sznurkiem ciężarek. Zderzamy się – załóżmy, że zderzak jest bardzo dobry i odbiera większość energii.

S.G. – To ciężarek nie powinien się urwać.

J.W. – Właśnie. Gdzie jest granica tego układu? Nitka wystarczy, tarcie wystarczy (każde?), w zbiorniku woda też temu podlega. A pyłek zawieszony w tej wodzie? A magnes zawieszony nad drugim magnesem?

S.G. – Proszę pana, my takich pytań mamy bardzo dużo.

H.D. – Na razie – fakty eksperymentalne z jazdy samochodem są takie, że siły tarcia fotela i wytrzymałość rąk na kierownicy wystarczają.

S.G. – No tak, siła bezwładności została wydatnie obniżona. Człowiek nie jest w stanie siłą mięśni utrzymać się na fotelu przy takim opóźnieniu.

H.D. – Energia kinetyczna ciężarka też przepływa do tego wirnika.

S.G. – W układzie klasycznym nitka się zerwie, w układnie Łągiewki się nie zerwie. Może pan nitkę zastąpić tarciem.

J.W. – Ale załóżmy, że to jest nitka, że nie ma tarcia. Z punktu widzenia tego ciężarka, rozpatrując jego układ odniesienia [oznaczmy go X], mamy taką sytuację: coś nas pociąga za tę nitkę z pewną siłą, i my się pod wpływem tego zatrzymujemy względem ziemi [zaczynamy się poruszać w układzie odniesienia X]. A innym razem coś nas pociąga z dużo mniejszą siłą (bo gdzieś tam działa zderzak Łągiewki) i my się znów zatrzymujemy [osiągamy tę samą prędkość w pierwotnym układzie odniesienia X]. Jaka jest różnica – z punktu widzenia nitki – że ta sama siła, powodująca te same, konkretne rozsunięcia atomów i siły sprężystości, raz rozpędza ciało [w układzie X] z jedną prędkością, a raz z inną?

H.D. – W jednym przypadku ta energia kinetyczna jest przenoszona przez nitkę...

J.W. – Jak to się dzieje? Czy Pan Profesor ma jakiś pomysł odnośnie mechanizmu – czego tu użyć?

S.G. – Myśmy akurat tego rodzaju doświadczenia nie robili, ale efekt powinien być taki jak pan opisuje.

H.D. – Zygmunt Górski robił [por. poprzednia rozmowa].

J.W. – Wydaje mi się, że z punktu widzenia zastosowań zderzaka ten eksperyment byłby ważniejszy, niż pomiary sił. W końcu najważniejsze jest to, co się dzieje w środku z ludźmi.

S.G. – No tak, przy tarciu problem jest taki sam. To, co się dzieje w nitce, jest podobne do działania sprężyny, tłoka czy tarcia, zawsze jakaś dyssypacja energii przy napinaniu nastąpi. Najciekawsze oczywiście jest pytanie, co się stało z tą energią kinetyczną ciężarka – mogę powiedzieć, że to samo co z energią człowieka w samochodzie.

H.D. – Mam przygotowany taki element pomiarowy: ciężarek na szynach, naciskający na ustawiony bokiem tensometr, taki model pasażera. Ale to jest właściwie to samo, co ten akcelerometr przymocowany do lokomotywki. Ten sam problem, co z pasażerem, jest z szybami, innymi elementami samochodu, włóknem żarówki w reflektorze. Okazuje się, że wystarczy małe tarcie, jak fotela o ubranie, i już ta energia przepływa do wirnika. Oczywiście można się pytać, czy te początkowe eksperymenty ze zderzakiem to było 5, 10 czy 50 km/h. Na tym pokazie publicznym, gdzie było wiele osób z zewnątrz, była mowa, że samochód pojedzie 50 km/h. Gdyby on pojechał 10 km/h, to by go chyba wygwizdali. [Na zdjęciu zamieszczonym obok przeprowadziłem pobieżną analizę prędkości. Przyjąłem obwód opony malucha jako 145 cm, odstęp między klatkami - 1/25 sek. Wyniki: od 18 do 22 km/h tuż przed uderzeniem w przeszkodę (różnica spowodowana niedokładnością pomiaru kąta i rozmyciem plamy na kole) - J.W.]

S.G. – Tak, ale czy 40, czy 50 km/h to już się nie da ocenić na oko.

H.D. – Ale nawet przy 40 km/h samochód byłby pognieciony (przeciążenie ponad 30 g), pasażerowie w szpitalu, a raczej na cmentarzu.

S.G. – Wracając do energii – to pytanie jest tu zasadnicze: co się dzieje z energią w układzie inercyjnym? Jest coś takiego, jak energia kinetyczna w skali makro, i jest też energia kinetyczna w skali mikro. Jeśli kula ma pewną energię kinetyczną i uderzy w ścianę, to ta energia jest zamieniana na energię kinetyczną na poziomie cząstek. A to już jest ciepło, dyssypacja, inne zjawisko. Ta energia zostaje rozproszona.

J.W. – W związku z tym kolejne pytanie odnośnie zderzaka: gdzie jest granica między energią kinetyczną a ciepłem? Jedno jest ruchem i drugie.

S.G. – Wytwarzanie ciepła, podnoszenie jego temperatury to wzrost energii kinetycznej ruchu cząstek ciała, energia kinetyczna całego ciała to energia uśredniona. No właśnie, to jest to pytanie, na które chcemy odpowiedzieć. Jak na razie wiemy, że w skali makro mamy mierzalną energię kinetyczną, czy to ruchu postępowego, czy obrotowego. I tu zarysowuje się pewna relacja, między ilością energii przekazanej, a osłabieniem siły zderzenia, czy pracy hamowania. Natomiast zrobienie wszystkich możliwych eksperymentów i stwierdzenie, gdzie się to wszystko zaczyna i kończy... My mamy niejeden plan napisany: żeby zmienić masę, przekładnię, wszelkie parametry. Można zatrzymywać kule, przejmować energię.

J.W. – Na listach dyskusyjnych proponowane były różne ciekawe zastosowania...

S.G. – Można by zabezpieczyć samochód przed zderzeniem, nieprzyjemnym hamowaniem, przed drganiami, bo to też siły bezwładności. Można mnożyć zastosowania, chociaż jest tu bariera w szybkości przekazywania energii, elementy mechaniczne nie przeniosą sił w mikrosekundzie.

J.W. – Czy w tej chwili uczestniczy Pan Profesor i Pana zespół w jakichś badaniach pełnoskalowych, czy tylko na tym modelu?

S.G. – Nie, jeśli chodzi o ten efekt, to żadnych badań na samochodach nie robiliśmy. Chcemy w przyszłości do tego dojść, następny krok to musi być zwiększenie masy.

J.W. – Czy jakąś poważną publikację z wynikami badań Panowie przygotowują?

S.G. – My to przygotowujemy cały czas. Jest coraz większy materiał pomiarowy, który się nadaje do publikacji. Za jakiś czas się one pojawią.

J.W. – I będzie tam w pełni odtwarzalny, dobrze opisany układ pomiarowy, żeby każdy mógł sobie te eksperymenty powtórzyć?

S.G. – Tak, to musi zawsze tak być.

J.W. – A gdyby tak wyabstrahować z tego wszystkiego jakieś możliwie najprostsze doświadczenie, które można by przeprowadzić w każdej pracowni, żeby sceptycy mogli się osobiście przekonać?...

S.G. – Prostego się nie da. Gdyby było całkiem proste zostałoby dawno zauważone.

J.W. – Można by zrobić tak: zablokować w tej lokomotywce zderzak, dobrać kulę taką, żeby miała tę samą masę i zderzać lokomotywkę z kulą. To już jest opomiarowane.

S.G. – Wiele rzeczy można by tu pomierzyć, tylko my to wszystko robimy poza naszymi normalnymi zajęciami. Naszą rozmowę można by podsumować tak, żeśmy się podzielili wątpliwościami – tak to na dziś wygląda.

J.W. – Jak rozumiem, ja i tak mam najwięcej wątpliwości, bo Panu Profesorowi przynajmniej już wyszły jakieś doświadczenia.

S.G. – Tak. Ale nie mogę wyjść ze swoim przekonaniem poza to, co zostało już zrobione. Stawiamy sobie jeszcze wiele pytań.

H.D. – Nie śledziłem do końca tej dyskusji na listach dyskusyjnych – czy ktoś próbował tam robić jakieś eksperymenty? Bo dyskusja była burzliwa.

J.W. – Nie przypominam sobie. Było trochę analiz filmów.

H.D. – Tak, to rzeczywiście było dosyć solidnie zrobione [por. komentarze z pl.sci.fizyka]... Ale tę poprzeczkę i kule jest przecież łatwo zrobić.

J.W. – Mnie to doświadczenie nie wyszło, może miałem zbyt giętką poprzeczkę – spróbuję jeszcze to powtórzyć. [por. zadanie 1 ze zbioru zadań]

S.G. – To jest właśnie uderzające, to są przecież proste eksperymenty, a nikt ich nie podjął.