Як можна накопичити кінетичну енергію?

Як можна накопичити кінетичну енергію? Наприклад, при розкручуванні сталевого маховика, ми накопичуємо в ньому кінетичну енергію, яка є неодмінним атрибутом будь-якого тіла, що обертається. Вона дорівнює половині добутку моменту інерції маховика на квадрат кутової швидкості.

До яких величин можна накопичувати в такому маховику кінетичну енергію? Збільшили кутову швидкість у 2 рази, а енергія збільшилась у 4. Чи є цьому межа? Можна відразу сказати, що на обертання самого маховика потрібно витратити певну енергію. Але, якщо ж відкачати повітря навколо маховика, то втрати її одразу впадуть у сотні разів – опори чи підшипники "забирають" на своє обертання зовсім небагато. Можна поставити замість звичайних магнітні підшипники. Тоді втрати на обертання маховика майже пропадуть. Будучи розігнаним, такий маховик до його повної зупинки обертатиметься місяці, а то й роки. Чим більше маховик, тим більше він обертатиметься. Великий маховик - Земля - обертається вже близько 4 мільярдів років, і за цей час сповільнився лише в 3 рази, хоча втрати, за нашими мірками, є колосальними. Місяць "гальмує" Землю в її обертанні припливами та відливами всіх океанів, а це потужності, що у багато разів перевищують потужності, що виробляються людством штучно.

Отже, збільшуємо кінетичну енергію нашого сталевого маховика. Але, при певних оборотах маховик розривається на уламки і накопичити кінетичну енергію знову не виходить!

Що ж завадило накопичити кінетичну енергію та розігнати маховик ще? Та все та ж інерція. Кожна частинка маховика прагне рухатися прямолінійно, а тут її "примушують" згортати з прямолінійного шляху, та все частіше. Міцність металу маховика заважає розльоту цих частинок, але коли механічна напруга стає надзвичайно великою, метал не витримує і розривається.

Кінетичної енергії при цьому колесо накопичило стільки ж, скільки її і містили в собі осколки, що розліталися зі швидкістю. Чи багато це чи мало? Виявляється, це майже стільки ж, скільки в автомобільних акумуляторів у десятки разів більше, ніж у найкращих конденсаторів. Але треба пам'ятати, що ця енергія накопичена в момент розриву, якого не можна допустити! Тому цей показник потрібно зменшити щонайменше у 2–3 рази.

А якщо взяти матеріал міцніший сталі? Та й легший, з менш щільністю, щоб напруги зменшити? Тоді можна розраховувати нагромадити великі значення кінетичної енергії. Але чи є такі матеріали? Є і таких матеріалів у сучасній техніці чимало: сталевий дріт, стрічка з аморфного металу (метгласс), волокна з вуглецю, кевлару, "алмазного" волокна.

Але, маховики, як правило, відливають або кують. Чи можна виготовляти їх із таких волокон чи стрічок? Виявляється, можна, і в ряді випадків це навіть легше, ніж відливати чи кувати. Ці волокна і стрічки треба навивати на центр чи маточину маховика, майже так само, як ми навивуємо нитки на котушку. Тільки центр цей повинен мати необхідну пружність, навивка повинна відбуватися з певним натягом, а останній виток повинен виявитися не зовні, а всередині навивки. І якщо це все виконати, можна отримати наденергоємний маховик, названий супермаховиком, який і розриватися буде безпечно, без уламків.

Ось як і в чому найкраще накопичувати кінетичну енергію та й енергію взагалі. Справа в тому, що прогрес у справі створення надміцних матеріалів не стоїть на місці, і вже передбачено створення так званих "щільноупакованих" матеріалів фантастичної міцності та щільності. Маховик з таких матеріалів зможе, наприклад, служити двигуном, тобто постачати енергією автомобіль весь термін його служби, розкрученим ще на конвеєрі!