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Publication scientifique d’une découverte scientifique
« la force centrifuge
est une
source d’énergie »
Auteur :
Statut :
Ghendir Mohammed Zekaraïa
Inventeur indépendant,Ingénieur d’état en
Télécommunications (TIC)
Employeur : ALGERIE TELECOM
E-mail :
[email protected]
[email protected]
10 mai 2006
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Ι-Introduction
Depuis le collège, je suis fasciné par le fait qu'un objet puisse éclater lorsqu'il
atteint une certaine vitesse de rotation.
Cette rupture de la matière nous pouvons la nommer explosion froide car elle
est sans flammes et sans détonation.
Cette rupture de la matière a pour cause la force centrifuge. Cette force, don de
la nature, facile à obtenir, sans trop d’effort, n’est autre qu’une source d’énergie .
Comme les panneaux solaires pour le soleil, comme l'éolienne pour le vent,
comme tout transducteur transformant une grandeur physique d'un état à un autre,
un dispositif mécanique est nécessaire pour la capter.
Le Générateur d'Energie Cinétique ou GEC est un dispositif mécanique
déformable utilisant la force centrifuge et l’explosion froide pour générer de
l’énergie cinétique.
La force centrifuge est indissociable de la masse du solide en rotation, se solide
usinée en aile d'avion verra sa portance (sous l'effet de la résistance de l'air)
s'ajouter a la force centrifuge. La portance (ou force de sustentation utilisée
horizontalement) devient aussi une source d'énergie.
Cette publication vous fera connaître la découverte de la force centrifuge
comme source d’énergie cinétique ainsi que la conception du « GEC »
(Générateur d’énergie cinétique) comme transducteur de la force centrifuge en
énergie cinétique de rotation.
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II-Matériel et méthodes
1-L’observation
Masselotte
Coulisse
Axe de rotation
Figure-1
Soit un système déformable, constitué d’un axe de rotation, de deux masselottes pouvant
glisser sur une coulisse chacune et disposées symétriquement de part et d’autre de l’axe de
rotation.
La figure-1 représente ce système, conçu de telle manière à rapprocher le plus possible de l’axe
de rotation les masselottes.
Les masselottes sont solidement liées pour ne pas quitter, sous l’effet de la force centrifuge,
leur position. Ainsi, le mécanisme possède un moment d’inertie Jpetit.
Nous appliquons à ce mécanisme une vitesse angulaire ω, l’énergie cinétique du système est :
Ec initiale = ½.Jpetit.ω2
Supposons que le moment résultant des forces extérieures appliquées au système soit nul ;
alors le moment cinétique σ = Jpetit.ω du système ne varie pas au cours de la rotation. Libérons
les masselottes, la force centrifuge provoquera une déformation du système en rotation faisant
varier de Jpetit à Jgrand son moment d’inertie par rapport à l’axe, la vitesse angulaire varie
simultanément de ω à ω’ de façon que l’on ait :
Jgrand ω’ = Jpetit ω
ω’ =
Jpetit
ω
Jgrand
ω’ plus petit que ω
C’est la conservation du moment cinétique.
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Masselotte
Coulisse
Axe de rotation
Figure-2
La Figure-2 représente le mécanisme avec Jgrand.
Pour garder la même vitesse angulaire ω, il faut faire varier le moment cinétique en faisant
agir un couple de forces (ou moment d’impulsion) sur l’axe de rotation. L’énergie cinétique du
système serait :
Ec finale = ½.Jgrand.ω2
Le couple de forces (ou moment d’impulsion) a donné au système une quantité d’énergie
égale à :
Ec finale - Ec initiale = ½.Jgrand.ω2 - ½.Jpetit.ω2 = ½.( Jgrand - Jpetit ). ω2
avec
Jgrand = 2.(Jmasselotte + m.Rf2) + Jmécanisme
Jpetit = 2.(Jmasselotte + m. Ri2) + Jmécanisme
Jmasselotte : c’est le moment d’inertie de la masselotte
Jmécanisme: c’est le moment d’inertie de la partie du mécanisme qui ne participe pas la déformation
m:
Ri :
Rf :
mais en rotation pendant la déformation.
c’est la masse de la masselotte
c’est le rayon initial entre l’axe de rotation et le centre de gravité de la
masselotte. Le moment d’inertie du système est Jpetit.
c’est le rayon final entre l’axe de rotation et le centre de gravité de la
masselotte. Le moment d’inertie du système est Jgrand.
Remplaçons Jpetit et Jgrand par leur valeur :
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Ec finale -Ec initiale = ½.[[2.(Jmasselotte+m.Rf2)+Jmécanisme]-[2.(Jmasselotte+m. Ri2)+Jmécanisme].ω2]
Ec finale -Ec initiale = ½.[[2.(Jmasselotte+m.Rf2)+Jmécanisme-2.(Jmasselotte+m. Ri2)-Jmécanisme].ω2]
Ec finale -Ec initiale = ½.[2.(Jmasselotte + m.Rf2) - 2.(Jmasselotte + m. Ri2)]. ω2
= [(Jmasselotte + m.Rf2) - (Jmasselotte + m. Ri2)]. ω2
= (Jmasselotte + m.Rf2 - Jmasselotte - m. Ri2). ω2
= (m.Rf2 - m. Ri2). ω2 = m.(Rf2 - Ri2). ω2
= m.(Rf + Ri).(Rf - Ri). ω2 = 2.[ m. ½.(Rf + Ri).ω2].(Rf - Ri)
Ec finale -Ec initiale = ½.Jgrand.ω2 - ½.Jpetit.ω2 = 2.[ m. ½.(Rf + Ri).ω2].(Rf - Ri)
Nombre de
masselottes
Quantité d’énergie cinétique
nécessaire au système pour
admettre une déformation tout
en gardant sa vitesse angulaire
initiale ω.
Force centrifuge
moyenne
Distance parcourue
par la masselotte
L’observation à retenir c’est l’égalité entre le travail moteur effectué par la
force centrifuge et la quantité d’énergie cinétique nécessaire au système pour
admettre une déformation tout en gardant sa vitesse angulaire initiale ω.
L’existence de la force centrifuge provient de la mise en rotation du système à
une vitesse angulaire ω que l’on peut obtenir facilement avec une petite quantité de
travail très inférieure à la quantité d’énergie cinétique obtenue en fin de cycle.
Cette importante différence incite à capter la force centrifuge et à l’injecter pour
l’utiliser comme moment d’impulsion sur l’axe de rotation du mécanisme en
rotation lui donnant naissance.
La force centrifuge agit géométriquement, en déformant le système, comme
force intérieure ; elle agit aussi simultanément, en entretenant la vitesse angulaire
ω, comme force extérieure.
Pour capter ce travail gratuit et sans origine matérielle, il suffit d’attacher la
masselotte à un câble qui permettra, par le truchement d’un mécanisme de renvoi,
d’appliquer un couple de force sur l’axe de rotation du système déformable en
question. Dans ce cas la tension du câble est égale à la force centripète.
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2-La similitude
« Le poids d’un solide peut communiquer son énergie potentielle à un volant d’inertie sous
forme d’énergie cinétique ; un solide sous l’effet de la force centrifuge peut le faire aussi ».
Volant d’inertie
ayant un moment
d’inertie J
Axe de rotation
Corde
Solide de masse M
et situé à une
hauteur h
Figure-3
La figure-3 représente un exemple de captage, ou de transformation de l’énergie potentielle
en énergie cinétique, ou de transfert de l’énergie d’un solide à un autre.
Le solide de masse m possède de l’énergie potentielle égale à mgh, g étant l’accélération de
la pesanteur.
Libéré en chute, le solide de masse m tire sur la corde et entraîne en rotation le volant
d’inertie.
Juste avant de toucher le sol, il a perdu toute son énergie potentielle, il a acquit une vitesse
linéaire V et une quantité d’énergie cinétique égale à ½ mV2.
En même temps le volant d’inertie a acquit une vitesse angulaire ω et une quantité d’énergie
cinétique égale à ½ J ω2.
Ainsi
mgh = ½ mV2 + ½ J ω2
(Transformation de l’énergie potentielle en énergie cinétique)
Et si on faisait tournait le tout de 90°
comme l’indique la figure-4.
Le mécanisme ne fonctionne plus
car l’orientation de la force ne convient
plus à sa conception.
Figure-4
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P=mg
R
Pour que le mécanisme fonctionne il faut
comme l’indique la figure-5 :
- une coulisse pour que sa réaction R
équilibre P=mg.
- créer une force horizontale et perpendiculaire
à l’axe de rotation.
- veiller à faire passer par l’axe de rotation
la direction de cette force à créer.
Cette Force ne peut être que la Force
Force à
créer
Coulisse
P = mg
Figure-5
Centrifuge.
Faire tourner tout le mécanisme est donc nécessaire.
Il est facile de vérifier, en utilisant la vitesse tangentielle de la masselotte, que la force
centrifuge injectée comme moment d’impulsion donne une force constante et suffisante (quelque
soit la position de la masselotte le long de la tige) pour accélérer la masselotte
de Riω à Rfω.
Vitesse tangentielle
Pendant la déformation, la vitesse tangentielle de la masselotte passe de Riω
elle subit ou doit subir une force égale à
à Rfω donc
m(Rfω - Riω)/t = m (Rf - Ri).ω/t
(t = durée de la déformation).
Soit m.R.ω2 la valeur de la force centrifuge, en prenant comme unité le rapport du
mécanisme de renvoi, revient à appliquer cette force centrifuge sur une roue solidaire de l’axe de
rotation du système déformable, de rayon égal à (Rf - Ri)/2π .
[(Rf - Ri) c’est le périmètre de la roue, direction d’action de la force centrifuge].
Pour une masselotte le moment de force serait :
m.R.ω2 . (Rf - Ri)/2π
A un point quelconque de sa position sur la coulisse, la masselotte subit la force :
[m.R.ω2 . (Rf - Ri)/ 2π]/R
= m.(Rf - Ri).ω2/ 2π
= m.(Rf - Ri).ω. ω / 2π
= m.(Rf - Ri).ω.1/t
= m (Rf - Ri).ω/t
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comme ω / 2π = 1/t
c’est bien la valeur qu’il faut
pour passer de Riω à Rfω
(R = position de la masselotte le long de la coulisse = distance séparant le centre de gravité de la
masselotte et l’axe de rotation)
Quelque soit le rapport de multiplication du mécanisme de renvoi et quelque soit la valeur de
la force centrifuge (du début de la déformation jusqu’à la fin), pour une vitesse angulaire ω
constante, la force centrifuge est transformée en une force constante perpendiculaire à sa
direction, nécessaire et suffisante pour propulser la masselotte de la vitesse linéaire tangentielle
Riω à la vitesse linéaire tangentielle Rfω.
Le reste du mécanisme qui ne participe pas à la déformation est supposé sans perte (force de
frottement nulle) donc garde sa vitesse angulaire ω et ne prend rien du moment d’impulsion
donné au système déformable en rotation.
Pendant la durée de l’action, la masselotte (une seule) acquiert la quantité d’énergie cinétique
suivante :
½ m(Rfω)2 – ½ m(Riω)2 = ½ mω2(Rf2 - Ri2) = ½ m(Rf + Ri) ω2. (Rf - Ri) = Ec finale - Ec initiale
(Energie cinétique finale moins Energie cinétique initiale égale Force centrifuge moyenne
multipliée par la distance parcourue : c’est le travail moteur effectué par la masselotte)
Energie cinétique finale = ½ m(Rfω)2
Energie cinétique initiale = ½ m(Riω)2
Force centrifuge moyenne = ½ m(Rf + Ri) ω2
Distance parcourue
= (Rf - Ri)
Les calculs aboutissent bien au même résultat.
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III-Résultats
1-L’invention
Générateur d’Energie Cinétique
"GEC"
A la découverte est associée une invention qui n’est autre que le transducteur de la force
centrifuge en énergie cinétique. Ci-joint le schéma de principe.
Masselottes
Axe de rotation
Force centrifuge
Poulies de renvoi
solidaires avec l’axe
de rotation
Coulisse
Corde
Poulies de renvoi
solidaires avec le
bâti
Butée de rotation, lien
entre la partie rotative et
la partie fixe
A
A
Corde
Solide fixation
de la corde
La force centrifuge se
retrouve ici
-Planétaire
-Roue libre
-axe
Multiplicateur à train
épicycloïdal équipé
d’un frein, pour
bloquer la couronne, et
d’une roue libre sur le
planétaire pour
l’application du
moment d’impulsion
dés que la couronne
est libérée.
Couronne
Corde
POULIE
Satellite sur porte-satellite
solidaire du bâti
Solide fixation
de la corde
Figure-6
Force centrifuge=Force centripète=Tension de la corde
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La figure-6 représente le schéma de principe du Générateur d’Energie Cinétique en fin et
début du cycle de fonctionnement.
C’est un système déformable permettant l’augmentation, gratuitement, du moment
cinétique.
Par système déformable, il y a lieu de comprendre, tout système mécanique rotatif ayant un
moment d’inertie initial Jpetit (avant déformation) plus petit que son moment d’inertie final Jgrand
(après déformation).
2-Comment ça marche
(Le Fonctionnement du Générateur d’Energie Cinétique)
1ère phase :
Le mécanisme est remis à zéro, c'est-à-dire les masselottes rapprochées de l’axe de rotation,
le moment d’inertie est au minimum (Jpetit), la couronne freinée pour maintenir les masselottes. A
l’aide d’un moteur le système est lancé en rotation jusqu’à sa vitesse angulaire de fonctionnement
(le moteur a terminé son rôle, il est retiré).
C’est la phase de LANCEMENT ou EXCITATION.
2ème phase :
Le frein est lâché, les masselottes sous l’effet de la force centrifuge explosent sans flammes et
sans détonation, c’est l’EXPLOSION FROIDE, la force centrifuge applique sur la couronne le
moment d’impulsion adéquat en tirant sur les cordes. Pour que les masselottes ne prennent pas
trop de travail sous forme d’énergie cinétique, il y a lieu de choisir le rapport de multiplication le
mieux adapté (plus la durée de cette phase est longue, moins de travail pris par les masselottes).
Cette phase se termine en fin de course des masselottes, le moment d’inertie est au maximum
(Jgrand).
C’est la phase de GENERATION ou DEFORMATION.
3ème phase :
Le fruit est mûr il faut le cueillir. Par récupération il est possible de stocker cette énergie sous
la forme désirée. Selon la conception du système elle est plusieurs fois supérieure à l’énergie
nécessaire pour la phase de lancement (1ère phase).
C’est la phase de PRODUCTION ou CUEILLAISON.
4ème phase :
La machine totalement vidée est à l’arrêt, un petit dispositif à très faible consommation
pourrait remettre le tout en place comme au début de la 1 ère phase, freiner la couronne et la
machine est prête pour un nouveau cycle.
C’est la phase de REMISE A ZERO ou RAZ.
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3-La particularité
Un objet en translation ou en rotation doit recevoir du travail moteur pour acquérir de la
vitesse.
Le "GEC" avec une vitesse angulaire constante et une masse constante gagne de
l'énergie cinétique par déformation géométrique.
C’est de l'énergie par géométrie variable.
C’est une déformation qui donne de l'énergie, cette déformation n'absorbe pas de
l’énergie.
Qui, en agissant comme moment
Entretient l'existence de la
Force centrifuge d'impulsion, entretient ω
Le système se boucle (circuit fermé pendant la 2ème phase )
ω
Parallèle entre le moteur à quatre temps et le "GEC"
TEMPS
Moteur à quatre
temps
1er temps
ADMISSION
ème
2 temps COMPRESSION
Explosion chaude
Obéit aux principes de la
THERMODYNAMIQUE
chaude
thermodynamique
3ème temps
DETENTE
4ème temps
ECHAPPEMENT
Générateur d’Energie
Cinétique ou "G E C"
LANCEMENT ou EXCITATION
PHASES
1ère phase
« Explosion froide »
Obéit au principe de la RELATION
FONDAMENTALE DE LA DYNAMIQUE
froide
thermodynamique
GENERATION ou DEFORMATION. 2ème phase
PRODUCTION ou CUEILLAISON
3ème phase
REMISE A ZERO ou RAZ.
4ème phase
Analyse du parallèle ci-dessus :
 Les premier et deuxième temps : Admission et Compression, sont réalisées en première
phase : Lancement ou Excitation
 L’explosion chaude et « l’explosion froide » sont au même point du cycle.
 Le troisième temps : Détente, est réalisé en deuxième et troisième phases : Génération ou
Déformation et Production ou Cueillaison.
 Le quatrième temps : Echappement et la quatrième phase : Remise à Zéro ou RAZ,
occupent le même rang dans le cycle.
Conclusion du parallèle ci-dessus :
1. l’explosion chaude est la source d’énergie du moteur thermique.
2. l’explosion froide est la source d’énergie du "G E C".
Une explosion, sous toutes les formes possibles, libère toujours de l'énergie.
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IV-Discussion
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L’essence de l’invention est caractérisée par l’usage de l’explosion froide et le captage du
travail moteur effectué par les masselottes.
Le poids d’un solide peut communiquer son énergie potentielle à un volant d’inertie sous
forme d’énergie cinétique ; un solide sous l’effet de la force centrifuge peut le faire aussi.
L’énergie potentielle d’un solide va (du haut vers le bas) en diminuant.
Le travail moteur de la force centrifuge va (du centre vers la périphérie) en augmentant.
Bien sûr, un asservissement s’impose pour gérer le régime de fonctionnement cyclique de
la machine.
Plus la cadence est grande (nombre de cycles élevé) et plus de Kwh sont générés.
Aucune violation des lois de la physique, le "GEC" obéit aux principes de la relation
fondamentale de la dynamique.
Energie propre.
Disponible à tout moment.
Inépuisable.
A la portée de tous.
Dégagement de chaleur très insignifiant et sans gaz nocif.
Pollution limitée au graissage des pièces mécaniques.
La partie qui ne participe pas à la déformation doit être la plus légère possible.
La partie qui participe à la déformation doit être la plus lourde possible ou mieux encore
utiliser le plus grand rayon possible (plus la masselotte se déplace et plus elle travail).
Si le régime cyclique est considéré comme mouvement perpétuel, c’est un mouvement
perpétuel productif.
La force centrifuge est une source d’énergie gratuite.
La portance utilisée horizontalement est aussi une source d’énergie gratuite.
Plusieurs variantes du générateur d’énergie cinétique pourront être fabriquées.
Une infinité d’utilisation, c’est la vocation d’une source d’énergie.
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V-Conclusion
La FORCE CENTRIFUGE est belle et bien une SOURCE D’ENERGIE
La force centrifuge n’est pas une inconnue (centrifugeuse, fronde, centrifugeuse humaine,
etc.…), son exploitation comme source d’énergie nécessite un système mécanique déformable
usant de l’explosion froide (c'est-à-dire : libérer les masselottes à la vitesse angulaire de travail)
et la répétition des cycles comme un moteur à explosion interne ou thermique.
Le Générateur d’énergie cinétique ou "G E C" est un dispositif transducteur assurant la
transformation du travail moteur de la force centrifuge en énergie cinétique.
Une variante du « GEC » pourrait même associer à la force centrifuge, la force de
sustentation d’une aile d’avion. Il suffit de donner à la masselotte la forme d’une aile d’avion.
Comme les éoliennes qui utilisent la force du vent, comme les panneaux solaires qui utilisent
la lumière du soleil, le Générateur d’énergie cinétique utilise la force centrifuge pour obtenir de
l’énergie cinétique en disponibilité quasi permanente, en source d’énergie intarissable,
naturelle, très propre et gratuite.
L’énergie cinétique générée sera recueillie :
- sous forme d’énergie calorifique à l’aide d’un mécanisme de freinage plongé
dans un liquide caloporteur.
- sous forme d’énergie électrique par le biais d’un dispositif convertissant l’énergie
mécanique en énergie électrique, directement consommable ou à emmagasiner
dans des accumulateurs électriques.
- sous forme d’énergie cinétique par le biais d’un dispositif permettant de
l’emmagasiner dans un volant d’inertie.
- sous forme d’énergie potentielle par le biais d’une pompe hydraulique
(ou compresseur) permettant de la stocker dans un accumulateur hydraulique (ou
pneumatique).
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SOMMAIRE
Page de garde:…………………………………………………………..page 1
objet du document, destinataire, titre de la découverte, mini CV de l'auteur
Ι-Introduction …………………………………………………………..page 2
II-Matériel et méthodes ………………………………………………..page 3
1-L’observation …….……………………………………………page 3
2-La similitude…………………………….……………………...page 6
III-Résultats……………………………………………………..………page 9
1-L’invention:……………………………………………..….…..page 9
Générateur d’Energie Cinétique " G E C "
2-Comment ça marche……………………………………...….…page 10
(Le Fonctionnement du Générateur d’Energie Cinétique)
3-La particularité ………………………………………….……..page 11
IV-Discussion………………………………………………….…….…..page 12
V-Conclusion………………………………………………………….…page 13
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