Есть смысл ещё раз обратиться к принципу работы и энергетическим характеристикам гравитационных «вечных двигателей». Сначала – созданных при непосредственном участии Природы – приливных.
"Для создания экономичной приливной электростанции (ПЭС) необходимо сочетание необычайно большого перепада уровней при приливе и отливе (6 м и более) с особенностями береговой линии, позволяющими создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров. На Земле не так много мест, где выполняются эти условия: побережья штата Мэн (США) и провинции Нью-Брансуик (Канада), некоторые заливы Желтого моря, Персидский залив, Аляска, некоторые места Аргентины, юг Англии, север Франции, север европейской России и ряд заливов Австралии" (
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/).
"В России c 1968 года действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт. На этапе проектирования находится Северная ПЭС мощностью 12 МВт. В советское время были разработаны проекты строительства ПЭС в Мезенской губе (мощность 11 000 МВт) на Белом море, Пенжинской губе и Тугурском заливе (мощностью 8000 МВт) на Охотском море, в настоящее время статус этих проектов неизвестен, за исключением Мезенской ПЭС, включённой в инвестпроект РАО «ЕЭС». Пенжинская ПЭС могла бы стать самой мощной электростанцией в мире — проектная мощность 87 ГВт. Существуют ПЭС и за рубежом — во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. ПЭС «Ля Ранс», построенная в эстуарии р. Ранс (Северная Бретань) имеет самую большую в мире плотину, её длина составляет 800 м. Плотина также служит мостом, по которому проходит высокоскоростная трасса, соединяющая города Св. Мало и Динард. Мощность станции составляет 240 МВт. Другие известные станции: Канадская — ПЭС Аннаполис и Норвежская — ПЭС Хаммерфест" (
http://ru.wikipedia.org/wiki/).
Поскольку на суше приливные явления не ощутимы и их энергия никак не используется, будем иметь в виду только акваторию океана. Что здесь доступно непосредственному наблюдению и измерению?
Прежде всего, угловая скорость приливных колебаний вдвое больше угловой скорости вращения Земли (период Т – примерно 12 часов) и равна
ω=2π/Т=2∙3,14159/12∙3600=0,000145 радиан в секунду.
Поскольку амплитуда «лунной» составляющей приливных колебаний довольно стабильна (с течением времени не возрастает и не убывает), то всю поступающую на поверхность Земли гравитационную энергию можно считать уходящей на диссипативные потери (полезную энергию приливных ГЭС, по причине её сравнительной незначительности, можно отдельно не учитывать).
Абстрагируясь от волнового процесса, распространяющегося вдоль поверхности Земли, и рассматривая только вертикальные смещения массы воды в виде функции времени х(t), можно описать динамический процесс лунных приливов (в системе координат и отсчёта, вращающейся вместе с Землёй) в виде линейного дифференциального уравнения второго порядка:
d²x/dt²+b dx/dt+ω²x= (Δg/2) cos(ωt),
где Δg=1,1∙10^–6 (м/с²) – максимальное изменение ускорения силы тяжести на поверхности Земли в результате притяжения Луны,
b – удвоенный коэффициент затухания свободных колебаний, приведённый к единичной массе (единственный неизвестный динамический параметр этого уравнения движения).
Из прямых наблюдений следует, что х(t)=Аsin(ωt), где А=2 м. Тогда из уравнения движения получаем bАω=Δg/2, откуда b=Δg/2Аω=1,9∙10^–3.
Уравнение движения представлено в виде баланса сил, приведённых к единичной «рабочей» массе. Чтобы показать реальные величины силовых и энергетических характеристик, приближённо оценим величину «рабочей» массы системы.
Вся поверхность Земли составляет 5,1∙10^14 м². Отнимаем от этой величины площадь полярных областей (условно – выше северных и южных широт 60º), получим 4,4∙10^14 м². Далее, из полученной величины отнимаем площадь суши (~30%); остаётся 3,1∙10^14 м². Поверхностный слой воды в пределах указанной акватории (на глубину до 2-х метров), который можно считать непосредственно участвующим в колебательном процессе, имеет массу m=6,2∙10^17 кг.
Потенциальная энергия этой массы воды в момент приливного пика (с коэффициентом 0,707, равным среднему значению синусоиды за полпериода колебаний) составляет величину
Е=mgh=6,2∙10^17∙9,8∙2∙0,707=9,56∙10^18 джоулей.
Для сравнения: кинетическая энергия вращения Земли составляет ~10^29 джоулей (
http://ru.wikipedia.org/wiki/).
Темп поступления (и расходования) гравитационной энергии характеризует мощность, развиваемая гравитационной силой. Модуль этой величины равен:
Рmax=m(Δg)²ω/4b².