В 1685 г. в одном из выпусков лондонского научного журнала «Философские труды» был опубликован предложенный французом Дени Папеном проект гидравлического перпетуум мобиле, принцип действия которого должен был опровергнуть известный парадокс гидростатики. Как видно из изображенного на рисунке, это устройство состояло из сосуда, сужавшегося в трубку в форме буквы C, которая загибалась кверху и своим открытым концом нависала над краем сосуда.
Автор проекта предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда обязательно будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, т.е. в более узкой его части. Это означало, что жидкость своей тяжестью должна была бы выдавливать саму себя из сосуда в трубку, по которой ей вновь приходилось бы возвращаться в сосуд, — тем самым достигалась требуемая непрерывная циркуляция воды в сосуде.
Как вы предположите, почему на видео "вечный двигатель" работает?
К сожалению, Папен не осознавал того, что решающим фактором в данном случае является не разное количество (а с ним и различный вес жидкости в широкой и узкой частях сосуда), а прежде всего свойство, присущее всем без исключения сообщающимся сосудам: давление жидкости в самом сосуде и изогнутой трубке всегда будет одинаковым. Гидростатический парадокс как раз и объясняется особенностями этого по существу своему именно гидростатического давления.
Называемый иначе парадоксом Паскаля, он утверждает, что суммарное давление, т.е. сила, с которой жидкость давит на горизонтальное дно сосуда, определяется только весом столба жидкости, находящейся над ним, и совершенно не зависит от формы сосуда (например, от того, сужаются или расширяются его стенки) и, следовательно, от количества жидкости.
Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) — изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное — первых паровых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил зависимость давления пара от температуры и показал, как получать на ее основе и вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположников современной теплоэнергетики (как создатель парового двигателя), работает и над вечным двигателем! Мало этого, он предлагает такой вечный двигатель, ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).
Рис. 1.. Модель гидравлического вечного двигателя Д. Папина
Идея вечного двигателя Папина очень проста — это по существу перевернутая «вверх ногами» труба Зонки (рис. 1). Поскольку в широкой части сосуда вес воды больше, его сила должна превосходить силу веса узкого столба воды в тонкой трубе С. Поэтому вода будет постоянно сливаться из конца тонкой трубки в широкий сосуд. Остается только подставить под струю водяное колесо и вечный двигатель готов!
Очевидно, что на самом деле так не получится; поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в толстой, как в любых сообщающихся сосудах (как в правой части рис. 1.).
Судьба этой идеи Папина была той же, что и других вариантов гидравлических вечных двигателей. Автор к ней больше никогда не возвращался, занявшись более полезным делом — паровой машиной.
История с изобретением Д. Папином наталкивает на вопрос, постоянно возникающий при изучении истории вечных двигателей: чем объяснить поразительную слепоту и странный образ действий многих весьма образованных и, главное, талантливых людей, возникающие каждый раз, как только дело касается изобретения вечного двигателя?
Мы вернемся к этому вопросу в дальнейшем. Если же продолжить разговор о Папине, то непонятно и другое. Мало того, что он не учитывает уже известные законы гидравлики. Ведь в это время он был на должности «временного куратора опытов» при Лондонском королевском обществе. Папин мог при своих экспериментальных навыках легко проверить предложенную им идею вечного двигателя (так же, как он проверял другие свои предложения). Такой эксперимент легко поставить за полчаса, даже не располагая возможностями «куратора опытов». Он этого не сделал и почему-то отправил статью в журнал, ничего не проверив. Парадокс: выдающийся ученый-экспериментатор и теоретик публикует проект, противоречащий уже утвердившейся теории и не проверенный экспериментально!
В дальнейшем было предложено еще много гидравлических вечных двигателей и с другими способами подъема воды, в частности капиллярных и фитильных (что, собственно, одно и то же) [. В них предлагалось жидкость (воду или масло) поднимать из нижнего сосуда в верхний по смачиваемому капилляру или фитилю. Действительно, поднять жидкость на определенную высоту таким путем можно, но те же силы поверхностного натяжения, которые обусловили подъем, не дадут жидкости стекать с фитиля (или капилляра) в верхний сосуд.
А что же происходит на видео?
Когда в воронку наливается жидкость, то по закону сообщающихся сосудов, уровни должны быть одинаковые, а она в трубку вытекает с большим запаздыванием, стало быть под деревянным штативом находится ещё сосуд из которого вода перекачивается, так как она остановится на середине и не потечёт.Это гидравлический перпетуум мобиле средних веков, в который заложена ошибка, как якобы больший вес воронки вытеснит воду из трубки, но это не так. Любой диаметр трубки и любая форма не имеют значения, уровни просто уровняются
Технология вечного двигателя привлекала людей во все времена. Сегодня она считается скорее псевдонаучной и невозможной, нежели наоборот, но это не останавливает людей от создания все более диковинных штуковин и вещиц в надежде нарушить законы физики и произвести мировую революцию. Перед вами десять исторических и крайне занимательных попыток создать что-то, похожее на вечный двигатель.
Батарейка Карпена
В 1950-х годах румынский инженер Николае Василеску-Карпен изобрел батарею. Ныне расположенная (хотя и не на стендах) в Национальном техническом музее Румынии, эта батарея по-прежнему работает, хотя ученые до сих пор не сошлись во мнении, как и почему она вообще продолжает работать.
Батарея в устройстве остается той же одновольтной батарейкой, которую Карпен установил в 50-х годах. Долгое время машина была забытой, пока музей не был в состоянии качественно выставлять ее и обеспечивать безопасность такой странной штуковине. Недавно обнаружили, что батарея работает и по-прежнему выдает стабильное напряжение - спустя уже 60 лет.
Успешно защитив докторскую степень на тему магнитных эффектов в движущихся телах в 1904 году, Карпен наверняка мог создать что-то из ряда вон выходящее. К 1909 году он занялся исследованием высокочастотных токов и передачи телефонных сигналов на большие расстояния. Строил телеграфные станции, исследовал тепло окружающей среды и продвинутые технологии топливных элементов. Однако современные ученые до сих пор не пришли к единым выводам о принципах работы его странной батареи.
Было выдвинуто множество догадок, от преобразования тепловой энергии в механическую в процессе цикла, термодинамический принцип которого мы пока не обнаружили. Математический аппарат его изобретения кажется невероятно сложным, потенциально включая понятия вроде термосифонного эффекта и температурных уравнений скалярного поля. Хотя мы не смогли создать вечный двигатель, способный вырабатывать бесконечную и бесплатную энергию в огромных количествах, ничто не мешает нам радоваться батарейке, непрерывно работающей в течение 60 лет.
Энергетическая машина Джо Ньюмана
В 1911 году Бюро патентов США выпустило огромный указ. Они больше не будут выдавать патенты на устройства вечных двигателей, поскольку кажется научно невозможным создать такое устройство. Для некоторых изобретателей это означало, что сражаться за признание своей работы законной наукой теперь будет немного сложнее.
В 1984 году Джо Ньюман попал на вечерний выпуск новостей CMS с Дэном Разером и показал нечто невероятное. Живущие во время нефтяного кризиса люди были в восторге от идеи изобретателя: он представил вечный двигатель, который работал и производил больше энергии, чем потреблял.
Ученые, впрочем, не поверили ни единому слову Ньюмана.
Национальное бюро стандартов испытало устройство ученого, состоящее по большей части из аккумуляторов, заряжаемых магнитом, вращающимся внутри катушки из провода. Во время испытаний все заявления Ньюмана оказались пустыми, хотя некоторые люди продолжали верить ученому. Поэтому он решил взять свою энергетическую машину и отправиться в тур, по дороге демонстрируя ее работу. Ньюман утверждал, что его машина выдает в 10 раз больше энергии, чем поглощает, то есть работает с КПД свыше 100%. Когда его патентные заявки были отвергнуты, а научное сообщество буквально выбросило его изобретение в лужу, горю его не было предела.
Будучи ученым-любителем, который даже не закончил среднюю школу, Ньюман не сдавался, даже когда никто не поддерживал его план. Убежденный, что Бог ниспослал ему машину, которая должна изменить человечество к лучшему, Ньюман всегда считал, что истинная ценность его машины всегда была сокрыта от властей предержащих.
Водяной винт Роберта Фладда
Роберт Фладд был своего рода символом, который мог появиться лишь в определенное время в истории. Наполовину ученый, наполовину алхимик, Фладд описывал и изобретал разные вещи на рубеже 17 века. У него были довольно странные идеи: он считал, что молнии были земным воплощением гнева Божьего, который поражает их, если те не бегут. При этом Фладд верил в ряд принципов, принятых нами сегодня, даже если большинство людей в те времена их не принимало.
Его версией вечного двигателя было водяное колесо, которое может молоть зерно, постоянно вращаясь под действием рециркулирующей воды. Фладд назвал его «водяным винтом». В 1660 году появились первые гравюры по дереву с изображением такой идеи (появление которой приписывают 1618 году).
Стоит ли говорить, что устройство не работало. Тем не менее Фладд не только пытался сломать законы физики своей машины. Он также искал способ помочь фермерам. В то время обработка огромных объемов зерна зависела от потоков. Те, кто жил далеко от подходящего источника текущей воды, были вынуждены загружать свои посевы, тащить их на мельницу, а затем обратно на ферму. Если бы эта машина с вечным двигателем заработала, она существенно упростила жизнь бы бесчисленным фермерам.
Колесо Бхаскары
Одно из самых ранних упоминаний вечных двигателей приходит от математика и астронома Бхаскары, из его трудов 1150 года. Его концепция заключалась в несбалансированном колесе с серией изогнутых спиц внутри, заполненных ртутью. По мере вращения колеса, ртуть начинала двигаться, обеспечивая толчок, необходимый для поддержания вращения колеса.
За многие века вариаций этой идеи было придумано огромное количество. Совершенно понятно, почему она должна работать: колесо, пребывающее в состоянии дисбаланса, пытается привести себя в покой и, в теории, будет продолжать движение. Некоторые дизайнеры так сильно верили в возможность создания такого колеса, что даже спроектировали тормоза на случай, если процесс выйдет из-под контроля.
С нашим современным пониманием силы, трения и работы, мы знаем, что несбалансированное колесо не достигнет желаемого эффекта, поскольку мы не сможем получить всю энергию обратно, не сможем извлекать ее ни много, ни вечно. Однако сама идея была и остается интригующей людей, незнакомых с современной физикой, особенно в индуистской религиозном контексте реинкарнации и круга жизни. Идея стала настолько популярна, что колесообразные вечные двигатели позднее вошли в исламские и европейские писания.
Часы Кокса
Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс построил свои часы вечного движения в 1774 году, они работали в точности так, как описывала сопроводительная документация, объясняющая, почему эти часы не нуждаются в дозаводке. Документ на шесть страниц пояснял, как часы были созданы на основе «механических и философских принципов».
Согласно Коксу, работающий от алмаза вечный двигатель часов и пониженное внутреннее трение почти до полного его отсутствие гарантировали, что металлы, из которых сконструированы часы, будут распадаться гораздо медленнее, чем кто-либо когда-либо видел. Помимо этого грандиозного заявления, тогда множество презентаций новой технологии включали мистические элементы.
Помимо того что часы Кокса были вечным двигателем, они были гениальными часами. Заключенные в стекле, которое защищало внутренние рабочие компоненты от пыли, позволяя на них также смотреть, часы работали от перемен в атмосферном давлении. Если ртутный столбик рос или падал внутри часового барометра, движение ртути поворачивало внутренние колесики в том же направлении, частично заводя часы. Если часы заводились постоянно, шестерни выходили из пазов, пока цепь не ослаблялась до определенной точки, после чего все вставало на свои места и часы снова начинали заводить себя.
Первый широко принятый экземпляр часов с вечным двигателем был показан самим Коксом в Весеннем саду. Позже он был замечен на недельных выставках Механического музея, а после в Институте Клеркенвилл. На то время показ этих часов был таким чудом, что их запечатлели в бесчисленных художественных произведениях, а к Коксу регулярно приходили толпы желающих поглазеть на его чудесное творение.
Часовщик Пауль Бауманн основал духовное общество Meternitha в 1950-х годах. В дополнение к воздержанию от алкоголя, наркотиков и табака, члены этой религиозной секты живут в самодостаточной, экологически сознательной атмосфере. Чтобы достичь этого, они полагаются на чудесный вечный двигатель, созданный их основателем.
Машина под названием «Тестатика» (Testatika) может использовать якобы неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для сообщества. По причине закрытости, «Тестатику» не удалось целиком и полностью исследовать ученым, хотя машина и стала объектом короткого документального фильма в 1999 году. Было показано немного, но достаточно, чтобы понять, что секта почти боготворит эту сакральную машину.
Планы и особенности «Тестатики» были ниспосланы Бауманну напрямую Богом, пока он отбывал тюремное наказание за совращение молоденькой девушки. Согласно официальной легенде, он был опечален темнотой своей камеры и нехваткой света для чтения. Затем его посетило загадочное мистичное видение, которое открыло ему секрет вечного движения и бесконечной энергии, которую можно черпать прямо из воздуха. Члены секты подтверждают, что «Тестатика» была послана им Богом, отмечая также, что несколько попыток сфотографировать машину выявили разноцветный ореол вокруг нее.
В 1990-х годах болгарский физик проник в секту, чтобы выведать проект машины, надеясь открыть секрет этого волшебного энергетического устройства миру. Но ему не удалось убедить сектантов. Покончив с собой в 1997 году, выпрыгнув из окна, он оставил предсмертную записку: «Я сделал то, что мог, пусть те, кто смогут, сделают лучше».
Колесо Бесслера
Иоганн Бесслер начал свои исследования в сфере вечного движения с простой концепцией, как у колеса Бхаскары: применим вес к колесу с одной стороны, и оно будет постоянно несбалансированным и постоянно двигаться. 12 ноября 1717 года Бесслер запечатал свое изобретение в комнате. Дверь была закрыта, комната охранялась. Когда ее открыли две недели спустя, 3,7-метровое колесо по-прежнему двигалось. Комнату снова запечатали, схему повторили. Открыв дверь в начале января 1718 года, люди обнаружили, что колесо все еще вертится.
Хотя и став знаменитостью после всего этого, Бесслер не распространялся о принципах работы колеса, отмечая только, что оно полагается на грузы, которые поддерживают его несбалансированным. Более того, Бесслер был настолько скрытным, что когда один инженер прокрался поближе взглянуть на творение инженера, Бесслер психанул и уничтожил колесо. Позже инженер сказал, что не заметил ничего подозрительного. Впрочем, он увидел только внешнюю часть колеса, поэтому не мог понять, как оно работает. Даже в те времена идея вечного двигателя встречалась с некоторым цинизмом. Столетиями раньше сам Леонардо да Винчи насмехался над идеей такой машины.
И все же понятие бесслерова колеса никогда не уходило полностью из поля зрения. В 2014 году уорикширский инженер Джон Коллинз сообщил, что изучал дизайн колеса Бесслера в течение многих лет и был близок к раскрытию его тайны. Однажды Бесслер написал, что уничтожил все доказательства, чертежи и рисунки о принципах работы его колеса, но добавил, что любой, кто будет достаточно умен и сообразителен, сможет понять все наверняка.
НЛО-двигатель Отиса Т. Карра
Включенные в Реестр объектов авторских прав (третья серия, 1958: июль-декабрь) объекты кажутся немного странными. Несмотря на то, что Патентное ведомство США давно постановила, что не будет выдавать никакие патенты на устройства вечного движения, потому что их не может существовать, OTC Enterprises Inc. и ее основатель Отис Карр числятся владельцами «системы бесплатной энергии», «энергии мирного атома» и «гравитационного двигателя».
В 1959 году OTC Enterprises планировала осуществить первый рейс своего «космического транспорта четвертого измерения», работающего на вечном двигателе. И хотя по крайней мере один человек коротко ознакомился с беспорядочными частями хорошо охраняемого проекта, само устройство никогда не раскрывалось и не «отрывалось от земли». Сам Карр был госпитализирован с неопределенными симптомами в день, когда устройство должно было отправиться в свое первое путешествие.
Возможно, его болезнь была умным способом уйти от демонстрации, но ее было недостаточно, чтобы упрятать Карра за решетку. Продав опционы на технологию, которая не существовала, Карр заинтересовал инвесторов проектом, а также людей, которые верили, что его аппарат доставит их на другие планеты.
Чтобы обойти патентные ограничения своих безумных проектов, Карр запатентовал все как «развлекательное устройство», имитирующее поездки во внешний космос. Это был американский патент # 2 912 244 (10 ноября 1959 года). Карр утверждал, что его космический аппарат работает, потому что один уже улетел. Двигательной установкой была «круговая фольга свободной энергии», которая обеспечивала бесконечную поставку энергии, необходимой для доставки аппарата в космос.
Разумеется, странность происходящего открыла дорогу теориям заговора. Некоторые люди предположили, что Карр действительно собрал свой вечный двигатель и летающий аппарат. Но, конечно, его быстро прижало американское правительство. Теоретики не могли договориться, не то правительство не хочет раскрывать технологию, не то хочет использовать ее самостоятельно.
«Перпетуум-мобиле» Корнелиуса Дреббеля
Самое странное в вечном двигателем Корнелиуса Дреббеля то, что хотя мы и не знаем, как и почему он работал, вы точно видели его чаще, чем думаете.
Впервые Дреббель продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, включая английскую королевскую семью. Машина была чем-то вроде хронометра; она никогда не нуждалась в заводке и показывала дату и фазу Луны. Движимая изменениями в температуре или в погоде, машина Дреббеля также использовала термоскоп или барометр, подобно часам Кокса.
Никто не знает, что обеспечивало движение и энергию дреббелевскому устройству, поскольку он говорил об обуздании «огненного духа воздуха», как заправский алхимик. В то время мир по-прежнему мыслил терминологией четырех элементов, и сам Дреббель экспериментировал с серой и селитрой.
Как указано в письме от 1604 года, самое раннее известное представление устройства показало центральный шар, окруженный стеклянной трубкой, заполненной жидкостью. Золотые стрелочки и отметины отслеживали фазы Луны. Другие изображения были более сложными, показывая машину, украшенную мифологическими существами и украшениями в золоте. Perpetuum mobile Дреббеля также появился в некоторых картинах, в частности кистей Альбрехта и Рубенса. На этих картинах странная тороидальная форма машины вообще ничем не напоминает сферу.
Работа Дреббеля привлекла внимание королевских судов по всей Европе, и он гастролировал по континенту в течение некоторого времени. И, как это часто бывает, умер в нищете. Будучи необразованным сыном фермера, он получил покровительство Букингемского дворца, изобрел одну из первых подводных лодок, ближе к старости стал завсегдатаем пабов и в конце концов завязался с несколькими проектами, подпортившими его репутацию.
Антигравитационная машина Дэвида Хамела
В своей самопровозглашенной «невероятно истинной истории жизни», Дэвид Хамел утверждает, что является обычным плотником без формального образования, который был избран стать хранителем машины вечной энергии и космического аппарата, который с ее помощью должен работать. После встречи с инопланетянами с планеты Кладен, Хамел заявил, что получил информацию, которая должна изменить мир - если только люди ему поверят.
Хотя все это немного обескураживает, Хамел говорил, что его вечный двигатель использует те же энергии, что и пауки, прыгающие с одной паутинки на другую. Эти скалярные силы сводят на нет притяжение гравитации и позволяют создать аппарат, который позволит нам воссоединиться с нашими кладенскими родственниками, которые и снабдили Хамела нужной информацией.
Если верить Хамелу, он уже построил такое устройство. К сожалению, оно улетело.
Проработав 20 лет, чтобы построить свое межзвездное устройство и двигатель, используя серию магнитов, он наконец включил его, и произошло вот что. Исполнившись свечения красочных ионов, его антигравитационная машина поднялась в воздух и полетела над Тихим океаном. Чтобы избежать повторения этого трагического события, Хамел строит свою следующую машину из материалов потяжелее, вроде гранита.
Чтобы понять принципы, лежащие в основе этой технологии, Хамел говорит, что вам нужно смотреть на пирамиды, изучать некоторые запрещенные книги, принять присутствие невидимой энергии и представлять скаляры и ионосферу почти как молоко и сыр.
Вечный двигатель уже многие века не дает покоя ученым и инженерам. Еще бы, идея создать устройство, которое будет постоянно работать, не тратя при этом энергии, кажется очень заманчивой. Реально ли его создать, рассказывают ученые.
Что такое вечный двигатель?
Вечный двигатель или Perpetuum Mobile - это устройство воображаемое. Некоторые считают, что теоретически можно создать машину, которая будет бесконечно совершать работу без затрат каких-либо энергетических ресурсов. В то же время, постепенно ученые разочаровывались в этой идее и признавали, что от попыток создать такое устройство лучше отказаться, потому что они бессмысленны. Невозможность создать вечный двигатель постулируется как первое начало термодинамики. Но до сих пор идея вечного двигателя вызывает повышенный интерес.
Идеальный вечный двигатель должен проработать до окончания Большой заморозки (Big Freeze). Сторонники этой теории считают, что до скончания времени Вселенная будет расширяться с очень плавным ускорением. Этот процесс и называется Большой заморозкой, и когда он завершится, наступит конец всего. Когда это произойдет, точно не установлено, но у нас есть еще приблизительно 100 триллионов лет. Так вот, вечный двигатель должен работать как минимум столько же, чтобы считаться настоящим вечным двигателем.
Какими бывают вечные двигатели?
Perpetuum Mobile делятся на двигатели первого рода и второго рода. Двигатели первого рода могли бы функционировать без топлива — и вообще без энергетических затрат, которые возникают, например, при трении деталей механизма друг о друга. Двигатели второго рода могли бы извлекать тепло из более холодных окружающих тел и использовать эту энергию в работе.
Есть много проектов в Интернете, которые утверждают, что работают над конструкцией вечного двигателя. Однако если изучить эти проекты внимательно, становится понятно, что они все очень далеки от идеи вечного двигателя. Но если кому-то удастся сделать такое устройство, последствия будут ошеломляющими. Считается, что мы получим вечный источник энергии - бесплатной энергии.
К сожалению, согласно фундаментальным законам физики нашей Вселенной, создание вечного двигателя невозможно.
Почему создание вечного двигателя невозможно?
Вероятно, есть много людей, которые скажут «никогда не говори «никогда», особенно, если речь идет о науке». В какой-то степени это справедливо. Но если окажется, что вечный двигатель создать возможно, это перевернет физику, которую мы знаем. Окажется, что мы во всем были неправы и ни одно из наших предыдущих наблюдений не имеет никакого смысла.
Первый закон термодинамики -- закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может быть ни создана, ни уничтожена - она просто переходит из одной формы в другую. Для того, чтобы держать механизм в постоянном движении, приложенная энергия должна остаться в этом механизме без каких-либо потерь. Ровно поэтому создание вечного двигателя невозможно.
Для того, чтобы построить вечный двигатель первого рода, мы должны выполнить несколько условий:
Двигатели второго рода, которые используют теплоту окружающих тел, не противоречат закону сохранения энергии. Однако эти хитрые конструкции бессильны против второго начала термодинамики: в замкнутой системе самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к горячим невозможен. Для этого необходим некий посредник. А для работы посредника необходима энергия из внешнего источника. Кроме того, в природе не существует по-настоящему обратимы
Но самое главное, создание вечного двигателя может оказаться бессмысленным. Люди рассчитывают, что если такое устройство будет сделано, мы получим бесплатный источник энергии. Но так ли это? На самом деле, мы получим ровно столько энергии, сколько направим в этот двигатель. Мы ведь помним, что согласно законам физики, которые пока не опровергнуты, энергия не может быть создана из ничего, она может быть только преобразована. Так что, выходит, вечный двигатель - это бесполезное устройство.
Представьте себе, что ваш мобильный телефон никогда не разряжается, автомобилисты не знают слова «заправка», а искусственные органы работают дольше настоящих. Сегодня даже дети знают, что за все нужно платить, а в школе учат, что ничто не возникает из ничего. Впрочем, несколько сотен лет назад ученые утверждали, что пассажиры поездов непременно умрут от удушья в разреженном воздухе, а при виде автомобилей у коров случаются выкидыши. Времена меняются. Что такое вечность? Время существования Вселенной? Энергии в ней хоть отбавляй. Неужели нельзя построить двигатель, использующий скрытые резервы мироздания, с гарантийным сроком «до следующего Большого взрыва?»
Недостижимая мечта любого инженера. Философский камень механики. Инструмент ловких мошенников и атрибут множества фантастических произведений. Знакомьтесь: вечный двигатель.
Вечное движение возможно. По крайней мере, оно не противоречит квантовой механике и первому закону Ньютона (материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния). Не так давно астрономы университета Миннесоты обнаружили в космосе «великое ничто» - пустое пространство протяженностью около миллиарда световых лет. Если представить себе, что в нем отсутствуют всякие взаимодействия, то камень, брошенный там, двигался бы с постоянной скоростью вплоть до смерти Вселенной. То есть фактически вечно.
Однако когда речь заходит о вечном двигателе, обычно имеется в виду система, вырабатывающая больше энергии, чем потребляющая (теряющая ее на трении, сопротивлении воздуха и т. п.), благодаря чему ее можно использовать для каких-либо бытовых нужд. До изобретения паровых или электрических приводов единственным универсальным и мобильным источником энергии были мускулы. Пружинные и маятниковые механизмы годились лишь для приложения малой силы в течении длительного времени (часы). Самыми мощными стационарными двигателями были водяные и ветряные мельницы.
Это сильно ограничивало механиков. Например, в средние века не составляло труда соорудить потолочный вентилятор или эскалатор, но кто бы смог безостановочно крутить их сутки напролет? Вполне логично, что люди мечтали о «халявном» источнике энергии. Их фантазия была ограничена технологиями того времени, поэтому по нынешним меркам вечные двигатели древности выглядели трогательно и примитивно.
Первый, самый простой вид вечного двигателя основан на неких магических эффектах. К примеру, в романах Уэллса упоминается чудо-материал «каворит» с сильными антигравитационными свойствами. Если изготовить колесо, половина которого сделана из каворита, оно будет крутиться с постоянным ускорением. В мирах фэнтези вечный двигатель не востребован, ведь вместо конструирования громоздкого механизма всегда можно сотворить перманентное заклинание (уборка помещения в диснеевском «Ученике волшебника», либо горшочек, варящий бесконечное количество каши в сказке Андерсена).
Вечный двигатель второго вида - «невозможный механизм » - действует с заведомым нарушением законов природы и имеет чисто умозрительный характер. Хорошим примером такой парадоксальной конструкции служит водяная мельница нидерландского художника Мориса Эшера (1898-1972).
К третьему - «субъективному » виду вечного двигателя относится агрегат, работающий настолько долго, что для практического опровержения его «вечности» не хватит даже нескольких человеческих жизней. Источником энергии здесь обычно служат какие-либо «вечные» природные явления.
Например, часы «Атмос » швейцарской фирмы Jaeger-LeCoultre работают от суточных колебаний температуры воздуха. Они заполнены этилхлоридом, который расширяется при нагреве и заводит пружину. Для минимизации трения крутильный маятник совершает лишь 1 оборот в минуту (в 150 раз медленнее, чем у обычных часов). Перепада в 1 градус достаточно, чтобы часы шли два дня. Теоретически, эти часы могут пережить не одного владельца. Но на практике гарантийный срок обслуживания разных моделей «Атмоса» составляет 20-30 лет.
Тик-такВ университете Отаго (г. Данидин, Новая Зеландия) находятся механические часы, построенные Артуром Беверли в 1864 году. Они заводятся от перепадов атмосферного давления и суточных температур. Часы работают уже 143 года. Этот эксперимент считается самым длительным в мире, однако термин «субъективный вечный двигатель» здесь неприменим. Их останавливали несколько раз для чистки, устранения поломок, а также в тех редчайших случаях, когда среднесуточная температура и давление были стабильны. Самыми старыми в мире работающими часами считаются куранты собора в Солсбери (Великобритания), установленные примерно в 1386 году. |
Следующий вид устройств, которые можно принять за вечный двигатель, - преднамеренно усложненные механизмы длительного действия, выполняющие какую-либо примитивную задачу. Обывателю трудно понять цель и принципы их работы.
Столкнувшись с таким «вечным двигателем», можно на 99% быть уверенным, что его «изобретатель» - жулик . Чрезмерные усложнения конструкции нужны лишь для того, чтобы запутать наблюдателя и скрыть реальный источник движения (обычно - мощная пружина, спрятанная в пустотелой оси какой-либо шестеренки).
Физики классифицируют вечные двигатели на два типа.
Любая машина, получившая энергию, производит эквивалентную ей работу и (или) тепло. Если работы или тепла больше, чем энергии, мы имеем дело с вечным двигателем первого типа - самым популярным среди изобретателей. Представим, что какой-то мрачный гений поставил несбалансированное колесо на чудо-подшипник. Достаточно один раз толкнуть его - и оно должно крутиться, ускоряясь до тех пор, пока не разлетится на части. Это называется «нарушением закона сохранения энергии».
Двигатель второго типа полностью преобразует окружающее тепло в работу, игнорируя второе начало термодинамики. Сегодня высказываются предположения о том, что создание некоего подобия такого устройства все же возможно, если речь идет о преобразовании не просто тепла, а темной энергии или темной материи, из которой создана наибольшая часть нашей Вселенной.
Первый вечный двигатель был придуман почти 9 веков назад. Индийский математик и астроном Бхаскара II предложил крепить к колесу сосуды с ртутью, изогнутые таким образом, чтобы во время вращения она перетекала из одного конца емкости в другой. По его замыслу колесо крутилось бы постоянно. Вероятнее всего, для ученого это был лишь символ вечного круговорота бытия (сансары, «протекания»).
Бхаскара вряд ли считал свою философскую модель вечным двигателем, однако арабские и европейские исследователи отнеслись к этому вопросу абсолютно серьезно. Несбалансированное колесо стало классикой «вечного двигателестроения». В 13 веке французский архитектор Виллар де Оннекур воспользовался той же схемой, заменив ртуть молоточками. На практике такое колесо найдет точку равновесия и остановится, не сделав даже полного оборота.
Леонардо да Винчи заинтересовался идеей вечного двигателя, создал несколько чертежей... и объявил о том, что ни один такой аппарат работать не будет. Он критиковал все попытки изобретателей создать очередное «волшебное колесо», однако мысль о принципиальной невозможности вечного двигателя стала аксиомой лишь двести лет спустя - когда в 1775 году Парижская академия наук перестала принимать патентные заявки на подобные устройства. Вместе с тем Леонардо оставил чертежи водяной мельницы, вращаемой поднимаемой ею же водой, не снабдив их критическими комментариями. Считал ли он возможным вечный двигатель на воде - неизвестно.
О, исследователи вечного движения, сколько суетных планов создали вы при подобных исканиях! Станьте лучше алхимиками!
Леонардо да Винчи
Увлечение несбалансированными колесами уступило место моде на замкнутые схемы «устройство А вращает устройство Б, которое двигает устройство А». Философ, астролог и алхимик Марк Антоний Зимара (1460-1523), незнакомый с водяной мельницей да Винчи, описал ветряную мельницу, на которую дули огромные меха, приводимые в движение вращением этой самой ветряной мельницы.
В 1610 году нидерландский изобретатель Корнелиус Дреббел построил первые механические часы с автоподзаводом от перепадов атмосферного давления. Машина, представлявшая собой золотой глобус и показывавшая не только часы, но и даты с временами года, по меркам того времени казалась настоящим «вечным двигателем». За Дреббелом закрепилась слава мага и алхимика.
Трудно сказать, насколько качественно она была исполнена (к примеру, часы Atmos разрабатывались лучшими швейцарским инженерами в течение нескольких десятков лет). Но, учитывая, что Дреббел был невероятно талантлив (построил микроскоп с двумя линзами, подводную лодку для английского флота, изобрел инкубатор для цыплят с термостатом, автоматически регулирующим температуру, а также пытался создать воздушный кондиционер), разумно предположить, что его часы могли работать без поломок многие месяцы, если не годы.
Алхимики создали современную химию, а конструкторы вечных двигателей - двигатели обычные. В 1662 году Эдвард Сомерсет, маркиз Ворчестерский (знатный теоретик в области вечного движения) решил установить на башне замка Раглан в Уэльсе первую в мире паровую машину собственного изобретения, поднимавшую туда воду по трубам. К сожалению, с деньгами у него было туго, а инвесторы не рискнули вкладываться в столь фантастический проект.
Последний, самый яркий период классического вечного двигателестроения пришелся на середину 18 века, а именно - на жизнь Иоганна Эрнста Элиаса Бесслера (1680-1745), придумавшего себе псевдоним Orffyreus (криптограмма Bessler)
Это был очень странный человек - хвастливый, надоедливый, занудный, с дурным характером и замашками параноика. По дошедшим до нас свидетельствам, он работал часовщиком. В 1712 Бесслер заявил, что овладел секретом вечного движения. Вначале он попытался показать безостановочное колесо с небольшим грузом жителям маленького немецкого городка Гера, но провинциалов это зрелище не впечатлило.
Бесслер стал разъезжать по стране, публиковать научные трактаты и строить более крупные модели своего двигателя. По каким-то причинам он не хотел делать компактные модели, а конструировал деревянные колеса диаметром около 4 метров. Его кипучая деятельность привлекла интерес ученых. Демонстрационные образцы мега-колес тщательно исследовались, но никаких признаков шарлатанства не обнаружилось.
Было решено провести полномасштабный эксперимент. 12 ноября 1717 года в присутствии представителей власти одно из вращающихся колес диаметром 3,5 метра было размещено в комнате замка Вайсенштайн, а все окна и двери наглухо заперты. Две недели спустя комнату открыли. Колесо все еще крутилось. Тогда помещение было запечатано вплоть до 4 января 1718 года. Год спустя люди вошли в комнату и увидели, что колесо продолжает вращаться с той же самой частотой.
Это было уже интересно. Лондонское королевское общество захотело купить изобретение. Бесслер с ходу запросил двадцать тысяч фунтов (гигантские по тем временам деньги). Колесо решили проверить еще раз, но Бесслер внезапно впал в ярость и разломал свое творение - якобы для того, чтобы другие ученые не смогли украсть его идеи.
Изобретатель продолжил путешествия по стране, демонстрируя различные модели колес: вращающиеся только в одну сторону и останавливаемые лишь с очень большим усилием, а также вращающиеся в любую сторону и останавливаемые без всякого труда. В 1727 году служанка Бесслера заявила, что его механизмы приводились в движение человеком из другой комнаты. Проверить эти показания так и не удалось, но репутация инженера была навсегда подорвана. Бесслер умер, свалившись с сооружаемой им ветряной мельницы. Он оставил после себя непонятные шифрованные заметки и вынудил потомков гадать - был ли он безумцем, эксцентричным гением или гениальным фокусником?
| Да будет свет |
Айзек Азимов не одобрял идею получения энергии из ничего. Он считал, что человечество будет развиваться, «сжигая» звезды. Вечно это длиться не может, однако писатель вышел из положения с присущей ему элегантностью: в рассказе «Последний вопрос» два пьяных техника задали суперкомпьютеру вопрос о том, как можно обратить энтропию вспять и продлить жизнь Вселенной (получив, таким образом, бесконечную энергию). Суперкомпьютер думал триллионы лет, постоянно эволюционируя, а в конце света, после тепловой смерти Вселенной, нашел ответ и сказал: «Да будет свет». Это можно понять следующим образом: энергия вечна, только вечно использовать ее нельзя. Рано или поздно все придется начинать с начала. Увидев клона своего детища в действии, Чарльз запаниковал и бежал в Нью-Йорк, где его разоблачил знаменитый изобретатель Роберт Фултон. Последний заметил, что машина работает прерывисто и нашел ременной привод, ведущий от нее в соседнюю комнату с человеком, крутящим рычаг. Еще один американец - Джон Кили (1827-1898) - заявил, что энергию можно извлекать из эфира за счет вибраций камертона. Его обвиняли в мошенничестве и даже в колдовстве, но ловкач умудрился 27 лет дурачить инвесторов, выманивая у них деньги на построение промышленного образца двигателя. Лишь после того, как Кили угодил под трамвай, выяснилось, что его макеты работали на сжатом воздухе. Мошенник нарушил много законов - но только не термодинамики. На протяжении 19 и 20 веков подобные аппараты продолжали кормить своих «изобретателей» и работников желтой прессы - с той лишь разницей, что термины «космические флюиды» и «всепроникающий эфир» сменились на «холодный термояд» или «альтернативная физика». Иногда это заканчивалось не просто плохо, а очень плохо - например, в 1966 году американский венгр Джозеф Папп (самообъявленный создатель реактивной субмарины) испытал двигатель, работавший на смеси инертных газов. Взрыв унес жизнь одного человека и покалечил двоих. Но далеко не все такие случаи имели криминальный характер. Вполне серьезный ученый Томас Генри Морей (1892-1974) неоднократно демонстрировал всем желающим работу прибора, собиравшего «лучистую энергию из вакуума» и преобразовывавшего ее в электричество. Машина работала несколько дней подряд. Эксперты изучали ее вдоль и поперек, но никто не мог найти источника энергии. Промышленники захотели купить ее, Морей отказался, и единственный рабочий экземпляр был уничтожен. Позднее ученый жаловался, что в него несколько раз стреляли, его семье угрожали, а лаборатории периодически громились. Секрет устройства, собиравшего космическую энергию (в чем бы он ни заключался), изобретатель унес с собой в могилу. Грань между гениальностью и помешательством провести очень сложно. Другой физик - болгарин Стефан Маринов заявил, что посетил коммуну христианской секты «Метернита» (Линден, Швейцария), члены которой получили «вдохновение свыше» и построили генератор бесконечной электрической энергии под названием «Тестатика». Он работает уже много лет, перекрывая энергетические потребности всей общины. Вскоре после этого откровения Маринов спрыгнул с лестницы в библиотеке университета Граца. Любители теорий заговора часто вспоминают о Стэнли Мейере , попавшем под суд за попытки продать двигатель, работавший на воде. Если верить махинатору, слабые электрические импульсы особой частоты разлагают воду на водород и кислород, которые потом используются вместо паров бензина, а мощности автомобильного генератора достаточно для продолжения разложения воды. Сколотив на этой афере кое-какое состояние, Стэнли внезапно умер в ресторане в 1998 году. Знающие люди не сомневаются, что его отравили нефтяные магнаты и правительственные агенты. |
Ничто не вечно, даже двигатели. Благородные безумцы древнего мира проектировали устройства, принципов действия которых они не понимали, и убеждали себя в том, что их машины будут работать вечно. Им на смену пришли ловкачи, проявлявшие чудеса изобретательности лишь в области сокрытия реальных источников энергии их двигателей. Сегодняшние непризнанные гении стремятся быть «ближе к народу», предлагая самый ходовой ресурс - бесконечное количество электроэнергии. А пока они доводят свои генераторы до ума, вы можете за несколько долларов купить на их сайте видеоролик, показывающий тестовую модель в работе. Раньше это было дешевле - посмотреть на колесо, крутящееся в амбаре, стоило лишь пару медных монет.
Наибольшая часть искренних попыток изобрести вечный двигатель приходится на людей без особых познаний в физике, но обладающих «золотыми руками» и страдающих от «творческого зуда». Интересно, что около трети из них - пенсионеры. В подавляющем большинстве случаев их проекты основаны на идеях вековой давности, причем авторы не ограничиваются одним «изобретением». Озарение приходит к ним чуть ли не каждый день, поэтому революционные чертежи поступают в патентное бюро не единицами, а килограммами.
В каком-то смысле вечный двигатель действительно существует в виде его вечных поисков, и он работает по замкнутому циклу: то, на чем обожглись средневековые естествоиспытатели, сегодня вновь красуется на испытательных стендах. Но, может быть, это и к лучшему, ведь однажды именно так был придуман паровой насос, а Архимед перед тем, как крикнуть «Эврика!», собирался всего лишь помыться.
И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих (эквивалентных) постулатов:
Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя - задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары , а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде . В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе» . Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики , приблизительно к XIII веку. К XVI-XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран.
На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо , в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага , должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.
Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.
На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда . Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.
Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила - это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.
Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины , а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух . За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм , получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара - окружающей среды . Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода .
В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания . Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет . Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/04) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей.
