思考のフローチャート

出発点として、原発絶対駄目。

元首相の発言。即、原発停止、代替エネルギーは人間の英知で作り出す

大いに賛成、賛同します。私も人間の英知は、エネルギーそのものだと思う。

私も国民の一人として、エネルギー問題を考える。原発は、今止めなければ手遅れ。

では、方法はあるのか。

代替エネルギーが出来るまで
メインロード電源として原発活用

人間の英知に期待する

世界中が原発だらけ

実現性はあるのか。手法として奇想天外、
荒唐無稽、何でも採用

トラブル発生。コントロール不可能。

考えに考え、ヒント浮かぶ。

地球、滅亡。猿の惑星

とりあえず実験しよう。ハンズや秋葉で材料集め。

制作開始。実験装置完成。写真あり　。同封します。

私の発想を説明します。本題に入ります。

我々人類の大先輩、アリストテレス、ニュートン、ガリレオなどの大科学者が築き上げた
物理の方程式をパクッてしまおう。

万有引力、重力、遠心力、加速度、慣性の法則、何でもいい、使える物は何でも拝借。
それに現代人の浅知恵をプラスすればなんとかなる。

果してそんな事が可能なのか。

出来る。私はこのルートを選びました。

出来ない。荒唐無稽過ぎる。

実験の結果、可能を確信。データー取り成功。

思考停止、原発のトラブル待ち。

本題に移ります。

トラブル発生。地球、滅亡。

実験の内容。

1 東急ハンズに行き、合板の加工を依頼しました。

2 まず直径90cmの円盤を作りました。センターに回転軸を通す１２ミリの子穴を開けました。

3 円盤にステンレスのネジ棒を通し、円盤の両面をワッシャーとナットで強力に絞めて、円盤と回転軸を一体化させました。

4 次は回転軸を持ち上げて円盤が自由回転できるように裏表に回転軸の支持板を作りました。自転車の後輪がスタンドで持ち上げられ駐輪した状態を想像してください。

5 支持板はかなり頑丈に作りました。富士山の様な形で裾野を広げました。なにしろ、円盤の外周部分の一箇所に重りを付け、バランスを崩した状態で高速回転をさせる心算なので、かなりの振動に耐える構造が必要です。

6 回転軸を保持する箇所には、ボールベアリングを設けました。

7 重りは真鍮の円柱盤、直径5センチ物、6枚を用意しました。一枚200ｇ、計1.2㎏になります。他にタッパウェルの箱にセメントを流し込み1.3㎏の物を2個用意しました。

8 玩具の小型のDCモー。乾電池で回る本当に玩具のモーターです。

9 制御用の電子部材。

実験機完成写真です。
これは、一号機の写真です。

円盤の直径が30cmです。基礎実験用です。

大型化した2号機です。直径90ｃｍ　重り1.2㎏

想定外、奇想天外、荒唐無稽、この際何でも受け入れる覚悟です。そう思いながら実験を開始しました。兎に角、原発廃止、それには代替エネルギーを確保する手段が必要です。まず実験でこの手法が有効であるか、確認が絶対条件。原爆対ピストルの勝負です。負ける事を想像して勝負はしません。

構想の説明に入ります。この実験はシステム化して安心安全、確実に想定電力を生み出すかの確認実験です。到達目標は、円盤の巨大化であり、システムを収めたユニットを地中に埋設する事を念頭においております。円盤の直径を10ｍから20メートル位に想定しています。ニュートンをニッコリさせたい。

まず上図の説明から入ります。円盤の外周の一部に重りを設置します。円盤を回して重りを物理で言う死点に持ってきます。死点とは、重りが時計回り、反時計回りにも円周に沿って自然落下しない、バランスの取れた一点です。

次に円盤を手で掴み反時計方向に2,　3度角度を回転させます。そして静かに手を離します。ここからがニュートン、ガリレオの世界です。角加速度を起こして円盤は回転し始めます。万有引力、重力、遠心力、慣性モーメント何でも有りです。そして最下点に達した時点で回転エネルギーは最大になり、次の瞬間には、回転運動エネルギーを徐々に失いながら重りは上昇します。そして360度一周しない手前で回転エネルギーを使い果たし、位置エネルギーのみになり、円盤は停止します。次の瞬間、時計方向に円盤は回転し始め、振り子状態に移行します。そして最後には重りを最下点にして振れ回転は停止します。(ベアリングの温度上昇、空気抵抗は無視します)。

ここまでの時点で外力としてのエネルギーは、ほとんど零です。私の手が重りを死点から僅か反時計方向に移動させ、きっとこれは想像ですが、うまく回れよとの願いが初速に僅かに加わわる様に重りを押し出したかもしれません。しかしそれは微分の世界です。手を離した角度、手の離し具合、毎回の実験では微妙に違います。よって微分計算はこの際不要です。動画、写真あり。

ここから現代人の浅知恵の登場です。

位置エネルギーのみとなった重りの停止点、後僅かで一周します。なんとかならないか。後はサポーターの出番です。

最初に初速零でスタートした(人間の手で死点から僅かにずらした点)位置を回転エネルギーを長持ちさせ少しでも超えさえすれば初速零でスタートした一回目より二回目の回転時には小さいながらプラスの回転エネルギーを保持しているので、回転加速度が増える訳で、スタート点の通過時の速度は一回目より二回目、二回目より三回目と増えていく筈です。電気回路で言うと、プラスのフィードバックをかける事ですが、電気の場合は，発振を起こしてしまいますが、物理の回転エネルギーの場合は、どうなるんだろう。まずサポート手段は何がいいのか。

いろいろ実験を重ねました。最初は磁気を活用する方法を考えました。回転する円盤に等間隔の角度で鉄製のビスを設け、台座の方には、同じ円周の位置にやはり等間隔でソレノイドを設置しました。所謂、電磁石です。そして円盤の回転位置を検出するためのフォトセンサー回路を組み込みました。

フォトセンサーがサポート体制の位置を検出。

ビスの頭が回転しながら、最初のソレノイドに近づきます。ソレノイド　ON　ソレノイドの磁気が鉄製のビスの頭を引き寄せる力を生み出します。ビスがソレノイドの真上に着たらソレノイド　OFF　。ONのままだと後ろ髪を引く様な作用をします。この一連の動作で、僅かながらプラスの回転エネルギーを生み出します。その動作を数箇所で同期させて行います。制御はフォトセンサーの電子回路がします。

この構想、実験の結果ですが、うまく働きました。明らかに回転エネルギーを生み出し、重りは死点を超えてスタート点も乗り越えました。運動の法則プラス磁気作用で円盤は回転し続けました。リニア新幹線のパクリですね。

しかし、手作りのため同期させるのが中々難しい。それに外力は少しでも少なくがモットーです。ソレノイドは電気を食うんです。折角ニュートンの法則を使って連続回転を生み出そうという構想にはマッチしない。

さらに考えました。

ある時、何気なく手に玩具のモーターを持っていました。ジャンク箱をかき回しているうちに、偶然手に触れました。乾電池で回る極々小型のDCモーターです。大きさ三ｃｍ四方位の回転トルクも指で挟むと止まってしまう程小さいモーターです。

その瞬間閃いたのです。これ使えるぞ。そうだテコの力だ。物理にもテコの理論がある。モーターに見入りました。回転軸の直径は２mm程度です。しかし回転数は多そうです。早速乾電池に接続したみました。微かな振動音をたてて高速回転をしていました。生きてる。

早速実験一号機で試してみることにしました。回転円盤の直径30cm、重り400ｇ、円盤の外周部分にゴムを貼り付けました。接触抵抗を増やすためです。重りを死点プラス数度の位置にもって行き指を離しました。自然落下、円盤回転、サポート点らしき位置に重りが来た時、タイミングを計って小型モーターの回転軸を押し当てました。

結果はズバリ成功です。慣性モーメントを持った円盤は、自らの回転力と小型モーターの同方向への回転トルクを借りて勢いよく周り続けました。時々接触を絶つと、それでも円盤は徐々に回転数を減らしながらも回り続けました。回転数が落ちた時点で再度接触、再び回転数を増しました。

次は大型化です。円盤の直径90ｃｍ、重り2.6㎏、小型モーターは小型の実験機で使用した物をそのまま流用しました。ただ回転軸にゴム管をはめ込み直径９mmに加工しました。直径の比率を100対1にしたのです。この比率にした訳は、もし大型円盤が１分間100回転したとして、小型モーターは10000回転以上あれば対応できます。モーターを押し着けるサポート期間のことですが、一号機のときは、タイミングを計って手で押し当ててサポートしましたが、２号機の場合は、電子回路を組み込んでサポート体制をとる心算でしたが、よくよく考えたらその必要性はありません。とかく電気屋は電子回路で物事をコントロールしようと考えますが、ここは物理屋に徹して外力は極力最小限度に抑える。サポート期間の位置検出、モーターON OFF　ソレノイドでのモーターの持ち上げ動作、これらを全部廃止しました。

サポート体制は常時小型モーターと回転円盤を密着させることで成立します。この際の結合具合は、ギアーなど無理です。小型モーターの自重で回転軸を大型円盤の外周のゴム面の上を走らすことです。物理屋は、計算をしたがりますが、この際電気屋はファジーです。計算よりも実験です。

結果を記します。見事回転し続けました。1分間の回転数120。2.6㎏の重りはブルンブルンと音をたてて回転してます。見事に慣性モーメントを生み出しました。ここで力学で使う慣性モーメントの定義を簡単に述べておきます。

慣性モーメントとは、重量の大きいものを動かす事は大変ですが、反対に動き出し勢いがついて速度が上がると止める事は困難です。回転運動に当てはめますと、慣性モーメントが大きいと、回転をし始めにくい、回転が進むと止まりにくいと言うことです。

物理屋さんなら質量 (この場合は重りの重量と考えてもいいでしょう。) 円盤の半径、回転数、が分かっているので、大型円盤の回転軸のトルク計算は簡単にできるでしょう。しかし私は電気屋、回転軸にタコ糸を結んで滑車を使って水の入ったペットボトルを何本引き上げるか、試してみました。4㎏分の本数のペットボトルを難なく引き上げました。最後はタコ糸が重みで切れました。

ここで力の経緯を整理します。

万有引力、重力、遠心力、回転速度慣性モーメント、何でも採用。

連続回転を続けるには外力のサポート必要

小型モーター採用。テコの論理

結果的に小型モーターの回転エネルギーが大型円盤の回転軸のトルクに変換

いよいよ本題に入ります。当システムを巨大化します。私は10ｍから20ｍの円盤を想定しています。大型化は物理の計算から導き出した必須条件です。最後に説明します。装置をユニット化して地下に埋設します。何台も並列して設置します。次に同じ直径のブレード　(プロペラ)　を持った風力発電システムとの比較をしてみます。

風力発電との比較

当システムのメリット

当システムのデメリット

　設置場所を選ばない。(地上はそのまま利用)

　外部からの影響、全く受けない。台風、無風、風向関係なし。

　当システムは地下に埋設するので周りの環境を変えない。

　メンテナンス容易。なにしろ機構がシンプルです。

　化学燃料使わないため、温暖化対策完璧。

　災害に強い。特に地震には心配零。

　地産地消が出来、送電線不要。

　世界中の貧困地域へ簡単に設置可能。

　外部エネルギー注入、零。スタート時の小型モーターの電源は蓄電池からなので、事実上零。

　特に思いつかない。有ったら指摘してください。

　既存エネルギー利権との衝突。そんなエネルギーは、国民には無用。

左の写真は横浜の

大観覧車「コスモクロック21」です。
続いた客席を二つ、三つを残して他はみな取り外します。残した席に重りを載せます。
(水が最適です) そして回転駆動装置を取り外し、自由回転が出来るようにします。重りは一トンぐらいを想定します。死点の位置から席一つ進んだ所に重りを置いて、後は自然の力の法則に任せます。回転軸にはどれほどのトルクが生じるでしょう。これが回転し続けます。モーターが壊れない限り。

最後に何故質量 (重量) と半径を大きくする、　かを簡単に説明します。高校の物理程度で理解できます。

中心点周辺に生じるトルクは、中心から外周までの距離 (赤線) の長さと、外周部に掛かる質量、この場合は、重量と置き換えて結構です。(空色線)の積であらわします。面積が多いほどトルクは大きくなる計算です。この式になるまでの過程は物理学の講義ではないので省きます。
慣性モーメントが大きくなる事は、回転し始めにくいが、回転をし始めると止まりにくい、でした。慣性モーメントを大きくする方法は、やはり半径を大きくすることでした。
以下式で簡単に説明します。

角運動量 L　、角速度 w、慣性モーメント I この三つの間には運動の定義式に似た　L=Iw で表せます。
回転運動の場合、速度は角速度*半径で表します。運動量は質量*速度で表し、角運動量は半径*運動量で表せます。

其の前に、説明します。物理の世界では、運動量が大きい、運動量が小さいとよく言います。より重いものをより早く動かした方が運動量が大きいと言います。その反対により小さいものを時間を掛けて動かした場合運動量は小さいと言い、さらに時間を掛けた分程、運動効率が悪いと表現します。これを式に直すと、

　　　　　　　　　　p = m v　　　　となります。pは運動量、mは重さ、vは速度です。

次に p　の運動に掛かった時間　t　の概念をプラスすると、
　
　　　　　　　　　　p = F t　　　　　となります。Fは物体を動かそうとする力です。すなわち、

　　　　　　　　　　m v = F t 　　　さらに　F =m v /t　　v / t　は加速度ですから、k　として　F =m k となります。

最初に戻って、　速度=角速度*半径　　運動量=質量*書く速度*半径　　角運動量=半径*質量*角速度*半径
整理すると、質量*角速度*半径の二乗

L = I w から I=L / w　　　L/wは半径*質量*角速度+半径　/　角速度となり、整理すると半径の二乗*質量となります。

慣性モーメント　I は半径を大きく、質量は重くすると、増大することが分かります。

私の実験機の半径は約50ｃｍ、質量2.6kg　なので、これを半径5m、重り十倍の30kg位にすれば、単純計算でも10の二乗かける10となり1000倍となります。

地下で最小の現代エネルギーを使って、後はニュートン、ガリレオの力を借りる。これが私の目標とするところです。原発廃止に少しでも近づければ幸いです。

物江　敏文　　　　H26年5月22日　　　拙い英知に願いをこめて。　　

http://washimo-web.jp/Technology/Statics/StaticsIndex.htm　
勉強させてもらいました。有難うございます。最後に

120rpmしている2号実験機です。