Александр Краснов ВОЗМОЖЕН ЛИ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ? Введение На протяжении ряда столетий многие изобретатели пытались построить такую машину, которая совершала бы полезную работу, не потребляя при этом извне какой-либо энергии. Иначе говоря, они стремились создавать энергию из ничего. Такую фантастическую машину назвали вечным двигателем, или перпетуум мобиле, что значит вечное движение. Работая над созданием вечного двигателя, изобретатели, проявляя смекалку, остроумие, выдумку, пытались использовать самые различные явления природы — силу тяжести, магнетизм и пр. Действительно, заманчиво иметь машину, которая совершала бы работу, не требуя затрат, например топлива, электрической или механической энергии. Единственное, что понадобилось бы, это периодически её смазывать. Изобрести вечный двигатель считалось не меньшим счастьем, чем добыть сказочную скатерть-самобранку или найти фантастический кошелёк, из которого можно без конца вытаскивать золотые монеты. — Займусь, — отвечает Бертольд, — ещё одним исследованием: мне кажется, есть средство открыть perpetuum mobile. — Что такое perpetuum mobile? — Perpetuum mobile, то есть вечное движение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому… видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, открытие может быть любопытное, но найти perpetuum mobile… о!» Любопытно, что стремление изобрести вечный двигатель возникало словно эпидемия, поражающая постепенно одну страну за другой. В Европе оно, проникнув из Греции, захватило сперва итальянских физиков, учёных и изобретателей. По различным документам, чертежам и литературным данным можно установить, что первая попытка изобрести вечный двигатель относится к XIII веку. Впервые модель колёсного вечного двигателя появляется в 1245 году. Его предложил французский архитектор времён Людовика Святого Виллар д’Оннекур. С XIII по XVII век над изобретением вечного двигателя работали главным образом учёные. Среди них можно встретить довольно крупных для того времени людей науки. Но, начиная с XVII века, учёные постепенно прекратили это бесплодное занятие. Однако над осуществлением этой заманчивой, но бесплодной мечты продолжают, к сожалению, работать ещё и по сей день. Вечный двигатель пытаются изобрести вот уже более семисот лет. За это время создано множество проектов и моделей. В Британское патентное бюро, например, лишь за вторую половину XIX века было представлено более 500 проектов вечных двигателей, а в России с 1915 по 1916 год только в отдел изобретений Московского Военно-промышленного комитета поступило 28 проектов. В наше время хотя и редко, но всё же встречаются заблуждающиеся изобретатели вечного двигателя. Каков же результат упорного труда огромного числа изобретателей, с такой настойчивостью стремившихся создать вечный двигатель на протяжении многих столетий? Не напрасно ли трудились изобретатели? Можно ли изобрести вечный двигатель? Об этом мы и расскажем в нашей книжке. 1. Колёсные вечные двигатели В 1245 году французский архитектор Виллар д’Оннекур разработал чертёж, а затем изготовил модель колёсного вечного двигателя. Устройство его несложно (рис. 1). Рис. 1. Модель колёсного вечного двигателя с откидывающимися грузами Виллара д’Оннекура (XIII век). На ось, укреплённую в поперечных планках станины, надето свободно вращающееся колесо. К его ободу прикреплены на шарнирах семь стержней, имеющих на концах грузы. Колесо должно вращаться против часовой стрелки. Справа стержни с грузами прилегают к ободу колеса, а слева откидываются и являются продолжением спиц колеса. Но… это предположение изобретателя оказалось неправильным. На самом деле всё происходило иначе: колесо, совершив несколько оборотов, останавливалось. Вращение его прекращалось как только энергия, сообщённая колесу при пуске, оказывалась израсходованной на преодоление трения. Чтобы колесо вращалось, его требовалось вновь и вновь подталкивать, сообщать ему новую порцию энергии через некоторые промежутки времени. Двумя столетиями позже среди многих был предложен вечный двигатель, показанный на рисунке 2. Рис. 2. Колёсный вечный двигатель с откидывающимися грузами; колесо на одну треть погружено в воду (XV–XVI век). Чертёж его обнаружен в записках и набросках знаменитого итальянского художника и учёного Леонардо да Винчи, жившего в 1452–1519 гг. В этом проекте неизвестного изобретателя XV–XVI веков повторяется идея конструкции вечного двигателя В. д’Оннекура. Здесь тоже есть колесо с семью откидывающимися грузами. Но изобретатель погрузил одну треть его в воду, обоснованно предполагая, что вес этой части колеса и грузов уменьшится по известному закону Архимеда: тело, погружённое в жидкость, теряет столько в весе, сколько весит вытесненная им жидкость. Однако это усовершенствование не принесло успеха изобретателю. Нетрудно заметить, что потеря веса колеса, погружённого в жидкость, одинакова как справа от вертикальной линии, проведённой через ось колеса, так и слева. Следовательно, такое усовершенствование не улучшало условий движения колеса. Этот вечный двигатель, как и предыдущий, вращался лишь до израсходования на преодоление трения энергии, сообщённой ему при пуске. На протяжении веков многие изобретатели неоднократно пытались создать вечный двигатель по принципу, впервые предложенному В. д’Ониекуром. Но всё напрасно. Ведь допустить возможность вечного двигателя подобной конструкции значит считать, что тело способно подняться за счёт энергии падения вновь до той высоты, с которой оно упало. «Ни одно тело не может при помощи своего движения, падения вернуться на первоначальную высоту; движение его имеет конец», — писал Леонардо да Винчи. «Искатели вечного движения, какое количество пустейших замыслов пустили вы в мир, идите к искателям золота»…. «О, исследователи вечного движения, сколько суетных планов вы создали при подобных исканиях». Однако, как и прежде, попытки построить вечный двигатель продолжались. Но тщетно. Двигатели не работали. Например, итальянский архитектор Александро Капра из Кремоны предложил в 1683 году колёсный вечный двигатель с восемнадцатью откидывающимися грузами. |
В средние века многим казалось, что изобретение вечного двигателя принесёт богатство, откроет неисчерпаемые творческие возможности. Подобное представление о вечном двигателе мастерски показано в произведении А. С. Пушкина «Сцены из рыцарских времён»: «Постой! — говорит Мартын, — ну а если опыт твой тебе удастся и у тебя будет и золота и славы вдоволь, будешь ли ты спокойно наслаждаться жизнию?
Затем эта «болезнь» распространилась среди учёных и изобретателей Франции, Германии, потом Англии, Америки и России.
Таким образом грузы слева находятся значительно дальше от оси вращения колеса, чем грузы справа. На основании этого В. д’Оннекур считал, что равновесие колеса будет постоянно нарушенным и оно должно вращаться вечно, не требуя постороннего подталкивания. Вращение колеса должно поддерживаться непрерывными толчками откидывающихся грузов.
Достоверно известно, что он не занимался изобретательством вечного двигателя. По-видимому, этот чертёж попал к нему на заключение от какого-либо итальянского изобретателя.
Беспрерывное вращение его было возможно только в том случае, если колесо подталкивали со стороны через некоторые промежутки времени.
В этом проекте (рис. 3) откидывающихся грузов чётное количество.4. Магнитные вечные двигатели . Возможен ли вечный двигатель?
В погоне за успехом многие изобретатели вечного двигателя пытались использовать явление магнетизма. Магнитный вечный двигатель был предложен в 1269 году Пьером де Маринкур — одним из первых изобретателей вечных двигателей вообще. После Пьера де Маринкура было предложено много конструкций магнитных вечных двигателей. Нет смысла здесь рассказывать о всех этих «изобретениях». Приведём лишь некоторые наиболее интересные.
В XVII веке английский епископ Джон Вилькенс предложил магнитный вечный двигатель (рис. 25).
Рис. 25. Магнитный вечный двигатель епископа Джона Вилькенса (XVII век).
По мысли автора, металлический шарик, притягиваемый магнитом, по наклонной плоскости А поднимается вверх. Наверху он проваливается в отверстие под действием силы тяжести и катится вниз по специальному лотку Б.
Спустившись вниз, он снова, оказавшись под действием магнита, поднимается по наклонной плоскости А вверх, затем вновь, провалившись в отверстие, покатится вниз… и так бесконечно.
На проект вечного двигателя, подобный описанному, один изобретатель получил в Германии патент в 1878 году. Однако ни первый, ни второй магнитный вечный двигатель не действовал. Происходило примерно следующее: шарик, докатившись до отверстия, не проваливался, а перескакивал через него, притягиваясь сильным магнитом. При более слабом магните он, проскочив в отверстие, не мог, докатившись до закругления внизу, перескочить на наклонную плоскость, потому что оказывался под действием силы притяжения магнита, тормозившей движение шарика.
Чтобы вечный двигатель Джона Вилькенса действовал, необходимо некоторое его усовершенствование, состоящее в том, что наклонная плоскость А изготовляется из двух изолированных между собой пластинок. У верхней части наклонной плоскости закреплён электромагнит.
Первый конец обмотки электромагнита присоединён к одной пластинке, а второй — к клемме аккумулятора. Другая клемма его посредством электропровода присоединяется ко второй пластинке наклонной плоскости (рис. 26). Под наклонной плоскостью установлен направляющий лоток Б, как у вечного двигателя Д. Вилькенса. Стальной шарик, оказавшись на наклонной плоскости А, замыкает электрическую цепь. Электромагнит притягивает шарик (рис. 26, слева). Докатившись до отверстия, шарик проваливается. Электрическая цепь размыкается, действие электромагнита прекращается (рис. 26, справа).
Рис. 26. «Усовершенствование» вечного двигателя Д. Вилькенса.
Шарик под действием силы тяжести катится вниз по направляющему лотку и в конце по закруглению вновь попадёт на наклонную плоскость. Электрическая цепь замкнётся. Электромагнит притягивает шарик… Словом, шарик действительно будет беспрерывно передвигаться до тех пор, пока не… иссякнет электрическая энергия, расходуемая для намагничивания электромагнита, притягивающего шарик.
Но это уже не вечный двигатель, создающий энергию из ничего.
Английский сатирик Джонатан Свифт в описании путешествий Гулливера высмеивает широко распространенное в начале XVIII века в Англии увлечение различными химерическими несбыточными проектами быстрого обогащения, известными под именем «Мыльных пузырей». Гулливер, попав на летающий остров Лапутию, осматривал механизм, позволяющий перемещаться этой стране — острову в пространстве по любым направлениям, на любой высоте. Механизм находился в центре острова и состоял из большого магнита, закреплённого на алмазной оси. В зависимости от угла наклона магнита, взаимодействующего с магнитным полем Земли, и происходило перемещение Лапутии в том или ином направлении.
Описание невероятного двигателя лапутян, подобного вечному двигателю, послужило Д. Свифту средством усиления его сатиры. Однако в «Ежегоднике французского оккультизма» за 1908 год предлагалось самым серьёзным образом использовать магнитное поле Земли как неисчерпаемый источник энергии.
Инженерная школа Массачусетского технологического института | » Можно ли построить вечный двигатель?
Можно ли построить вечный двигатель?
Краткий ответ: Нет. Чтобы узнать подробности, мы должны начать с сэра Исаака Ньютона…
Джейсон М. Рубин
постоянная скорость, если только на нее не действует внешняя неуравновешенная сила». Первая часть предложения (до «скорости») предполагает, что вечное движение не только возможно, но и неизбежно для любого объекта, уже находящегося в движении. Однако вторая часть первого закона движения Ньютона мешает этому процессу. Как оказалось, «внешние неуравновешенные силы» — ненулевые суммарные внешние силы, приложенные к объекту другим объектом — присутствуют повсюду в нашей Вселенной.
Дэн Фрей, доцент кафедры машиностроения и инженерных систем, объясняет это так: «Если вы возьмете металлическую шайбу, наденете ее на конец веревки и начнете раскачиваться, она будет двигаться вперед и назад, но в конце концов остановится.
. Это происходит из-за трения с воздухом. Качели на детской площадке — это другой вид маятника, — отмечает он, — но вы можете поддерживать их движение, качая ногами. Если бы вы могли качать вечно, вы бы качались вечно; но как только вы удалите эту энергию, вы скоро остановитесь. Вечное движение требует начальной силы и поддерживающей силы».
Как оказалось, Луна почти что вечный двигатель. Он проходит вокруг Земли каждый месяц и делает это с почти постоянной скоростью в течение очень долгого времени. Тем не менее, с помощью передовых инструментов и тщательных измерений мы можем определить, что движение Луны меняется: она удаляется от Земли в среднем примерно на два сантиметра каждый год. Почему? Потому что даже в космосе действуют неуравновешенные внешние силы. Для объектов здесь, на Земле, силы относительно велики и имеют тенденцию замедлять движение через короткий промежуток времени. Для таких объектов, как Луна, неуравновешенные силы малы по сравнению с тем, что необходимо для замедления такого большого объекта, поэтому изменения происходят очень медленно.
Фрей возвращается к маятникам. «Дедушкины часы полагаются на маятник, который кажется вечным, но на самом деле он только спроектирован таким образом. Мы используем вес, чтобы обеспечить толчок, и шестерни, чтобы модулировать силу веса. Механизм, называемый спусковым механизмом, гарантирует, что толчок всегда будет в правильном направлении, уравновешивая силу сопротивления маятника. Тщательно спроектированные напольные часы демонстрируют кратковременный вечный двигатель. Но неизбежно, его пружина должна быть перемотана».
Возможен ли вечный двигатель? По словам Фрея: Нет, но можно спроектировать вещи, которые приблизит или имитируют это. «Законы физики указывают на то, что вечное движение возникло бы, если бы не было внешних неуравновешенных сил», — говорит он. «Но есть. Только разработав решение, с помощью которого движущийся объект может потреблять некоторый запас энергии или получать энергию из внешнего источника, мы можем приблизиться к вечному движению».
Спасибо Сурешу Вишванатану из Бангалора, Индия, за этот вопрос.
Опубликовано: 4 октября 2011 г.
Физика вечных двигателей
Что такое вечный двигатель?
Вечный двигатель — это (как следует из названия) машина, которая постоянно движется; это никогда не останавливается. Всегда. Поэтому, если вы создадите его сегодня и запустите, он будет работать до Большой заморозки. Назвать это «долгое время» — значит преуменьшить эпические масштабы.
Если вы не в курсе, Большая заморозка — теоретический конец всего. Это точка, в которой Вселенная расширилась настолько, что достигает состояния с нулевой термодинамической свободной энергией. Другими словами, это точка, в которой космос в целом не сможет поддерживать движение. Все пространство-время будет находиться при абсолютном нуле (самой низкой из известных температур, при которой прекращается всякое движение).
Короче говоря, Большая заморозка — это, по сути, время вечной, нескончаемой, абсолютно неподвижной тьмы. К счастью, это произойдет не раньше, чем через 100 триллионов лет.
В любом случае важно помнить, что настоящий вечный двигатель сможет работать как минимум столько же.
В Интернете есть много чертежей, которые претендуют на то, чтобы быть рабочими чертежами вечных двигателей. Если вы посмотрите на эти конструкции, то не слишком надумано думать, что некоторые из этих машин могут (при правильном проектировании) двигаться без остановки. И если бы мы могли это сделать, последствия были бы ошеломляющими. По сути, у нас был бы вечный источник энергии. Более того, было бы бесплатно энергия.
К сожалению, благодаря фундаментальной физике нашей вселенной вечный двигатель невозможен.
Теперь я знаю, что, вероятно, есть много людей, которые говорят: «В науке никогда не следует говорить «никогда». И достаточно справедливо. Я допускаю, что новые знания могут прийти; однако для того, чтобы вечный двигатель стал возможным, это новое знание должно было бы сломать физику в том виде, в каком мы ее знаем. Мы ошибались бы почти во всем, и почти ни одно из наших наблюдений не имело бы никакого смысла.
Если это не «невозможно», то это самое близкое, что только можно получить в науке. Итак, давайте разберем вечные двигатели и объясним, почему мы никогда не сможем их создать.
Физика вечного двигателя
Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии. Он утверждает, что энергия всегда сохраняется. Это означает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Вместо этого он просто переходит из одной формы в другую. Чтобы машина продолжала двигаться, прилагаемая энергия должна оставаться с машиной без каких-либо потерь. Только из-за этого невозможно построить вечный двигатель.
Почему? Чтобы построить вечный двигатель, мы должны сделать много вещей:
1.) В машине не должно быть никаких «трущихся» частей: Любая движущаяся часть не должна касаться других частей. Это из-за трения, которое будет создано между ними. Это трение в конечном итоге приведет к тому, что машина потеряет свою энергию в виде тепла. Сделать поверхности гладкими недостаточно, так как нет идеально гладкого объекта.
Тепло всегда будет выделяться, когда две части трутся друг о друга (и это выделение тепла есть передача энергии, т. е. двигатель 9).0007 теряет энергии).
2.) Машина должна работать в вакууме (без воздуха): причина этого связана с причиной, указанной в первом. Эксплуатация машины в любом месте приведет к потере энергии машины из-за трения между движущимися частями и воздухом. Хотя энергия, теряемая из-за трения о воздух, очень мала, помните, мы говорим здесь о вечных двигателях , если есть механизм потерь, в конце концов, машина все равно потеряет свою энергию и выйдет из строя (даже если это займет много времени, много времени).
3.) Машина не должна издавать никаких звуков: Звук также является формой энергии; если машина издает какой-либо звук, это означает, что она также теряет энергию.
Ради спора скажем, что каким-то образом мы можем построить вечный двигатель. Сможем ли мы получить от него энергию? Да, но только до энергии, которая используется в качестве входа для начала движения.