Можно ли создать реактивное движение* без использования внутренних ресурсов движущегося объекта? :-) 

Или, если сказать более узко, как можно двигаться, отталкиваясь от окружающей среды, наиболее интересными способами? 

И ниже мы рассмотрим несколько довольно любопытных.

*Если следовать классическому определению реактивного движения, то далее мы будем рассматривать не совсем его, но, очень близкий феномен, так как классическое определение реактивного движения гласит о том, что оно представляет собой движение за счёт отделения части объекта, в результате чего объект получает поступательное движение, что подразумевает, отсутствие зависимости объекта от ресурсов внешней среды, так как все ресурсы для движения он черпает изнутри себя. 

Но, если мы посмотрим на вопрос более широко, с точки зрения того, а как вообще отталкиваться от окружающей среды, не зацикливаясь на вопросе, «откуда брать ресурсы», то мы увидим, что существует множество способов — как очевидных, так и не очень! 

Мы привыкли к тому, что, когда говорят о реактивном движении, в голову среднему человеку обычно приходят ракеты. 

Однако, движение, визуально похожее на реактивное, не ограничено только ими, хотя, бесспорно, они являются наиболее ярким примером. 

Но, если мы попробуем задуматься о сути нашего вопроса, то, мы поймём, что движение с использованием ресурсов окружающей среды весьма распространено — самым простым примером является обычная лодка и гребец, который вёслами отталкивается от воды. 

В более продвинутом случае, способ создания такого движения может использовать грибной винт или, водомет, что широко используется в тех же самых водных мотоциклах, а также, в недавно появившихся серфовых досках, с бензиновым двигателем и водомётом:

В ещё более продвинутом варианте, движитель для отталкивания от жидкой среды может принять форму «магнитогидродинамического движителя» (МГД), суть которого заключается в том, что если два электрода погрузить в воду и подавать на них постоянное или импульсное питание, то вода начинает выступать в роли проводника, который оказывается окружён своим электромагнитным полем. 

Теперь, если использовать дополнительный источник магнитного поля, например мощные электромагниты (установленные вокруг канала прохождения тока), возникнет тяга, выбрасывающая проводник в одну из сторон — то есть магнитное поле проводника (т.е. воды) будет отталкиваться от магнитного поля движущегося объекта — именно на таком принципе и был основан принцип движителя судна «Yamato 1», выпущенного ещё в девяностые годы, компанией Mitsubishi:

Кстати говоря, подобный принцип может использоваться и весьма своеобразным образом, например, для перекачки расплавленных металлов! 

Это может использоваться не только в металлургии, но и в ядерной энергетике, для организации циркуляции жидкого теплоносителя. 

Если же мы обратим свои взгляды на воздушную среду, то, в качестве самого очевидного и распространённого, мы можем заметить массово применяющиеся воздушные винты и турбореактивные двигатели, которые, несмотря на использование ресурсов окружающей среды (например, кислорода, у турбореактивных двигателей, для окисления топлива), используются для ускорения продуктов сгорания топлива, хранящихся на самом объекте, например, самолёте.

Причём, некоторые высотные самолёты, могли использовать значительную по количеству замену забортного воздуха, так как на определённых режимах работы двигателя и высоте, ему могло уже не хватать разряжённого внешнего воздуха, для чего подавался дополнительный компонент, в качестве окислителя — речь о турбореактивных двигателях таких самолётов).

В экзотических вариантах, для отталкивания от газовой среды может использоваться даже ионный ветер, а сами подобные аппараты называют «лифтерами»:

Но, попробуем задаться вопросом, а можно ли создать такое «реактивное движение», со своеобразным самовозбуждением среды, где она «сама будет отталкиваться от себя»?! :-)

Уверен, многие об этом способе ещё не слышали, и, для ознакомления с ним, нам надо будет «отмотать часы истории» назад, чтобы вернуться в 1800-е годы... 

Этот интересный эффект был обнаружен независимо, двумя учёными — Винченцом Двораком (Vincenz Dvorak)  (в некоторых прочтениях «Дворжак»),  австрийским физиком, в 1876 году. 

Предположительно, в том же году или ранее, то же самое открытие совершил, независимо от него, и американский физик Альфред Майер (Alfred Marshall Mayer).

Суть открытия заключалось в том, что если взять резонатор Гельмгольца — закрытую ёмкость с узкой горловиной, и подвесить его у входа прямоугольного ящика, на котором установлен камертон, то, при определённой частоте вибраций камертона, возникает интересный эффект реактивной тяги из сопла подвешенной ёмкости, благодаря чему, она отталкивается от ящика! 

Явление было названо «акустическим отталкиванием".

В дальнейшем, он провёл апгрейд этого аппарата, использовав уже четыре колбы, прикреплённые к крестовине, которая была закреплена в середине, благодаря чему, после подачи звукового тона, из всех четырёх колб возникала реактивная тяга, и, крестовина начинала вращаться. 

После публикации об этом открытии, к объяснению сути происходящего постарался приложить руку Лорд Релей, выдвинувший свою теорию, почему это происходит: объясняется это градиентом температур, где дно колбы более тёплое, чем горловина (через которую осуществляется постоянный продув, и она более охлаждена). 

Суть его вывода заключалась в том, что, действительно, наблюдается разница давлений, внутри и снаружи колб, благодаря чему, они и приходят в движение.

Я здесь умышленно не привожу в описании его теоретических выкладок, так как, на мой взгляд, они несколько сложные для восприятия обычному человеку. 

Поэтому я привёл бы более наглядный, свой вариант, более простой (как мне кажется), для понимания: любая замкнутая ёмкость, (и резонатор Гельмгольца не является исключением), — содержит стоячие звуковые волны, разной частоты, при любой температуре.

Каждая стоячая волна представляет собой пучности (т.е. пики синусоиды), стоящие на одном месте, по оси X, и колеблющиеся по оси Y. 

Воздействуя на ёмкость звуковой накачкой, с помощью, например, звукового динамика, можно вызвать увеличение амплитуды колебаний пучностей по Y. 

В результате чего, на каком-то этапе, когда возникает резонанс для какой то конкретной волны (где частота резонанса зависит от физических размеров конкретного резонатора), — амплитуда колебаний пучностей становится настолько большой, что формируется «воздушный луч» дующий из горловины ёмкости - наружу; одновременно, для питания этого луча, происходит подсос воздуха со всех сторон горловины, где этот втягиваемый воздух втекает в горловину, вокруг луча, прижимаясь к стенкам сосуда, тогда как луч сконцентрирован в самом центре прохода горловины. 

Далее начинает наблюдаться яркий эффект: векторы подсоса воздуха разнонаправлены, а вектор воздушного луча — имеет чёткую направленность в одну сторону. Таким образом, луч и формирует реактивную тягу! 

Как можно будет посмотреть в видео ниже, в качестве резонаторов Гельмгольца могут применяться абсолютно разные вещи, например, в оригинале, для этого применялись пустотелые ёлочные игрушки! :-)

Вот вам и занятие, чем можно заняться на Новый год! :-)

Также, вы увидите, что яркий эффект наблюдается даже с обычными пластиковыми бутылками из-под лимонада! 

Кроме того, любопытно, что эффект настолько явный, что наглядно меняет вес ёлочной игрушки, если её расположить на электронные весы, горловиной вверх, а также, сама тяга достаточно мощная, чтобы без проблем задувать горящие спички! 

Ну и, собственно, само видео (посмотреть можно только на Youtube, т.е. на другие сайты не встраивается).

Учитывая крайнюю интересность наблюдаемого эффекта, следовало бы ожидать, что за прошедшие более чем 100 лет, этот эффект найдёт множество интересных применений, одно из которых, просто просится — новый способ создания «реактивного» движения, с помощью всего лишь возбуждения среды. 

Однако, из-за весьма низкого КПД, позволяющего преобразовывать менее 1% от электроэнергии, затраченной на генерацию звука, против, например, более 90% у того же электрического двигателя или около 40% у турбореактивного двигателя, — практическая применимость эффекта видится весьма смутной (по крайней мере, для перемещения макрообъектов — самолётов, ракет и тому подобных объектов). 

Но, всё намного лучше для микрообъектов, так как есть некоторые сведения, о применении подобной технологии в целях манипулирования микрообъектами, например, в лабораториях-на-чипе, для прецизионного смешивания компонентов, где сами компоненты управляются звуковыми волнами. 

Тем не менее, за прошедшие более чем 100 лет, был разработан целый класс устройств, использующих также звуковые волны, но, обладающих гораздо более высокой эффективностью: к таковым, например, можно отнести термоакустические двигатели, которые позволяют преобразовывать до 30% тепла в звуковые колебания, где уже колебания звуковой волны могут быть преобразованы, далее, например, в электричество, что, уже сходно с современными паровыми турбинами. 

Несомненный плюс таких двигателей — простота устройства и надёжность, в виду отсутствия множества деталей, что, соответствующим образом предполагает, — подобные устройства могут быть собраны, из весьма доступных материалов, практически имеющихся «под ногами»:

Как можно видеть, даже небольшой лабораторный образец, производит достаточно активные колебания позволяющие гореть мощным светодиодам. 

Описание теоретических принципов работы подобных систем можно найти, например, здесь или здесь. 

В зависимости от размера системы и количества подводимого тепла, результирующая мощность устройства может быть довольно значительной, например, двигатель ниже, при длине в 2 м и диаметре 0,63 м — обладает выходной мощностью в 100 кВт! 

При этом, что интересно, одно и то же устройство может выступать и в роли двигателя и в роли холодильника: 

Размещайте облачную инфраструктуру и масштабируйте сервисы с надежным облачным провайдером Beget.
Эксклюзивно для читателей Хабра мы даем бонус 10% при первом пополнении.