Гравитационный ускоритель

Гравитационный ускоритель — простейшее механическое устройство, способное разогнать объект значительной массы (до 100 тонн и более) вплоть до скорости света в вакууме.

Устройство

Внешний вид гравитационного ускорителя.

Как правило, в роли объекта, который требуется разогнать до определённой скорости, служит вагон обтекаемой формы на магнитной подушке, которая не только удерживает его на небольшом расстоянии над поверхностью земли, но и не даёт вагону подняться вверх. К нему привязывают прочный трос (но менее прочный на разрыв, чем сам вагон), который затем перебрасывают через перекладину и привязывают другой конец к грузу. При этом, чтобы свести к минимуму действие силы трения и сопротивления воздуха, масса груза должна быть значительно больше массы вагона. Под перекладиной, в стороне от маглев-колеи, роют яму определённой глубины, куда затем сталкивают груз (не вручную, разумеется). А чтобы падающий груз разминулся с вагоном, под перекладиной предварительно подвешивают два неподвижных блока, чтобы «увести» трос в сторону. И перекладина, и блоки обильно смазываются для практически беспрепятственного скольжения троса.

Равноускоренное падение груза влечёт за собой такое движение вагона, при котором невероятно быстро возрастает не только скорость, но и ускорение. Существенным недостатком гравитационного ускорителя является то, что ни один человек не способен выдержать создающейся перегрузки уже при достижении вагоном скорости звука, не говоря уже о скорости света, поэтому перевозка пассажиров таким способом возможна лишь при весьма скромных значениях скорости, сопоставимых с таковыми у обычных поездов.

Зная, что отношение скорости вагона к скорости падения груза в определённый момент времени зависит от угла, образуемого тросом у перекладины, можно вырыть яму с таким расчётом, чтобы груз достиг её дна именно тогда, когда вагон наберёт нужную скорость. Как правило, кинетическая энергия такого маглева достаточно высока, чтобы порвать трос при продолжении пути по инерции без заметного уменьшения скорости.

Если же глубина ямы не позволит грузу упасть «раньше времени», то вагон, согласно законам релятивистской механики, разгонится до скорости света (иначе он бы разогнался до бесконечной скорости). Естественно, что в момент прохождения маглева под перекладиной трос порвётся, как паутина.

Математическое обоснование

Математически упрощённый внешний вид гравитационного ускорителя.

Разгон такого крупного объекта, как многотонный вагон, до скорости света кажется невероятным, но это действительно факт, имеющий математическое подтверждение.

Пусть исходная длина троса от вагона до перекладины (гипотенуза) равна $1$, тогда длина пути разгона («горизонтальный» катет) равна $sin\alpha$, а высота перекладины («вертикальный» катет) — $cos\alpha$, где $\alpha$ — угол, образуемый тросом у перекладины. В процессе разгона гипотенуза будет укорачиваться в соответствии с падением груза, пока не станет равна «вертикальному» катету, следовательно, полезное расстояние, которое преодолеет падающий груз, составит $1-cos\alpha$. За это время маглев уже проедет расстояние $sin\alpha$. Отсюда отношение средней скорости вагона к средней скорости груза ${\frac {v_{cp_{B}}}{v_{cp_{rp}}}}={\frac {S_{B}}{S_{rp}}}={\frac {sin\alpha }{1-cos\alpha }}$. А теперь самое главное:

${\frac {sin\alpha }{1-cos\alpha }}={\frac {sin\alpha }{1-{\sqrt {1-sin^{2}\alpha }}}}*{\frac {1+{\sqrt {1-sin^{2}\alpha }}}{1+{\sqrt {1-sin^{2}\alpha }}}}={\frac {sin\alpha *(1+cos\alpha )}{1-(1-sin^{2}\alpha )}}={\frac {sin\alpha *(1+cos\alpha )}{sin^{2}\alpha }}={\frac {1+cos\alpha }{sin\alpha }}$;

$\lim _{\alpha \to 0}{\frac {1+cos\alpha }{sin\alpha }}={\frac {2}{0}}=\infty$ (!!!)

Иными словами, теоретически разгоняемый объект смог бы достичь сколь угодно большой скорости даже при значительном сопротивлении воздуха со стороны падающего груза. Опытным путём установлено, что отношение мгновенных скоростей вагона и груза в любой точке пути составит ${\frac {1}{sin\alpha }}$. Однако на практике, если верить Эйнштейну, после достижения угла троса у перекладины примерно 0,02 угловой секунды (при достижении грузом скорости 30 м/с) маглев больше не будет ускоряться, достигнув скорости 3*10⁸ м/с.

Практическое применение

1. Благодаря сколь угодно большой возможной начальной скорости и ничтожной силе трения маглева он способен в качестве обычного поезда покрыть расстояние вплоть до такового от Португалии до Чукотки без каких-либо дополнительных источников энергии. Существенным недостатком является то, что вагон может идти только по прямой, поскольку любой, даже самый плавный, поворот приводит к значительной потере скорости и инерционного потенциала или, при высоких скоростях, к риску схождения с колеи.
2. Если по другую сторону от перекладины соорудить уклон, плавно возрастающий вплоть до отвесного угла или не доходя до него, проложив по нему колею, то вагон может быть использован в качестве беспилотного космического корабля: от простого спутника до усовершенствованного аналога «Вояджера», преодолевающего световой год за год. Такой вагон-ракета попросту не успеет сгореть в тонком слое атмосферы за период менее 1 миллисекунды и практически не потеряет своей начальной скорости.
3. Наконец, маглев может применяться в качестве машины времени благодаря его релятивистскому замедлению.

См. также

• Котобутербродный генератор
• Карусель