Если тело движется по кривой с постоянным радиусом, то траектория тела представляет собой окружность, потому что только окружность есть кривая с постоянным радиусом, других нет. Но для удержания движущегося тела на окружности его надо связать нитью с центром окружности для преодоления центробежной силы. При этом угол между траекторией тела и нитью составляет 90°, сила, удерживающая нить, никакой проекции на траекторию не дает. И если при этом никаких потерь энергии не существует, а тело уже движется, то оно может вращаться вокруг центра сколь угодно долго, и его скорость при этом будет постоянной (рис. 5а).
Но оказывается, что существует еще один способ движения по окружности, когда сам центр окружности перемещается в пространстве: это вращение тела вокруг цилиндра, при котором нить, удерживающая тело, наматывается на цилиндр, и радиус уменьшается (рис. 5б). В этом случае нить все время натянута, и тело поворачивается вокруг центра, находящегося на поверхности цилиндра. Здесь тоже угол между траекторией движения тела и нитью составляет 90°, здесь тоже нет никакой проекции силы натяжения нити на траекторию, здесь тоже из-за этого нет ускорения тела, но радиус траектории меняется! Точно так же он будет меняться и при качении шара по желобу с переменным радиусом, и при этом скорость перемещения шара будет меняться по направлению, но не по величине. Ибо дополнительная энергия к нему не подводится.
Рис. 5. Движение тела по криволинейной траектории:
а) вокруг неподвижного центра;
б) вокруг цилиндра;
в) разрез нижней части смерча.
А вот если при движении массы вокруг неподвижного центра за нить потянуть, то тогда радиус начнет уменьшаться, и угол между траекторией и нитью станет не 90°, а меньше. Тогда сила, с которой тянут нить, спроектируется на траекторию, и масса начнет ускоряться. Таким образом, ускорение массы происходит за счет энергии, которую вкладывает тянущий за нить в перемещение массы к центру.
Расчет показывает, что при таком способе уменьшения радиуса в точности выполняется Закон сохранения момента количества движения, но и Законы сохранения количества движения и энергии тоже выполняются, поскольку энергия добавляется внешним источником, тем, который тянет за нить.
Таким образом, оказывается возможным преобразовать энергию натяжения нити в энергию вращения тела вокруг центра. Сегодня выяснилось, что именно подобный механизм лежит в основе энергетики газовых вихрей (рис. 5в), и в этом для энергетики большая перспектива.