Вечный двигатель

Размещено на http://www.allbest.ru/

МБОУ СОШ №34

РЕФЕРАТ по физике

Тема: «Вечный двигатель»

г. Новосибирск 2011

Введение

Двимгатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение) - устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX века наряду со словом «мотор», которым с середины XX века чаще называют электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатели подразделяют на первичные и вторичные. К первичным относят непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы в механическую работу, а ко вторичным - преобразующие энергию, выработанную или накопленную другими источниками.

К первичным двигателям относят ветряное колесо, использующее силу ветра, водяное колесо и гиревой механизм - их приводит в действие сила гравитации (падающая вода и сила притяжения), тепловые двигатели - в них химическая энергия топлива или атомная энергия преобразуются в другие виды энергии. К вторичным двигателям относятся электродвигатель, пневмодвигатель, гидродвигатель.

Но все эти двигатели существуют и успешно эксплуатируются. Их судьба всем известна, а конструкции просты и понятны. Я же в своём реферате хочу рассказать о так называемом вечном двигателе - по латыни perpetuum mobile (перпетуум мобиле). Потому, что, несмотря на открытие в середине XIX века закона сохранения энергии, полностью исключающего возможность создания такого устройства, попытки работы в этой области продолжаются и в наши дни.

Вечный двигатель

Что же такое "вечный двигатель"? Это воображаемый механизм, который безостановочно движет сам себя и, кроме того, совершает ещё какую-нибудь полезную работу, например, поднимает груз или вырабатывает электроэнергию. Мысль его создания существовала с очень давних времен, а описания его устройства известны с начала XVII века. Однако уже раньше этого времени лучшие умы считали создание такого двигателя невозможным; голландский физик Стевин, итальянец Леонардо да Винчи писали об этом, а в 1775 году Парижская академия наук сочла необходимым совсем отказаться от рассмотрения машин, выдаваемых за вечный двигатель. И все-таки на свете всегда находится достаточно людей, которые, отвергая всеобщие законы механики и физики, неустанно продолжают свои несчетные попытки изобрести машину всех машин - перпетуум-мобиле.

И фантастические проекты продолжали поступать.

Вот один из древнейших проектов вечного двигателя.

Рис. 1

К краям колеса прикреплены откидные палочки с грузами на концах. При всяком положении колеса грузы на правой стороне будут откинуты дальше от центра, нежели на левой; эта половина, следовательно, должна всегда перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться вечно, по крайней мере, до тех пор, пока не перетрётся его ось. Так думал изобретатель.

Между тем, если смастерить такой двигатель, он вращаться не будет. Почему же расчет изобретателя не оправдался? Вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, чем на левой, взгляните на рисунок: справа всего 4 груза, слева же - 8. Получается, что вся система уравновешивается; и, естественно, колесо вращаться не станет, а, сделав несколько качаний, остановится.

Рис. 2

Колесо с перекатывающимися в нём тяжелыми шариками - еще один perpetuum mobile - не будет работать по той же причине. Тем не менее, в одном из городов Америки устроено было ради рекламных целей для привлечения внимания публики к кафе, огромное колесо именно подобного рода. Конечно, этот "вечный двигатель" незаметно приводился в действие искусно скрытым механизмом, хотя зрителям были видны только шары. В том же роде были и другие мнимые образцы вечных двигателей, выставлявшихся одно время в витринах часовых магазинов для привлечения публики: все они незаметно приводились в движение электрическим током. Эти имитации, впрочем, и не претендовали на роль perpetuum mobile что нельзя сказать о так называемом "самодвижущемся колесе" Орфиреуса - немецкого изобретателя, прославившегося своим изделием на всю Германию. Его вечный двигатель едва не был приобретен за огромную сумму императором Петром 1.

Колесо Орфиреуса

Колесо Орфиреуса (настоящая фамилия которого была Бесслер) не только вращало при этом на значительную высоту солидный груз. Слава о чудесном изобретении, которое ученый доктор показывал сначала на ярмарках, быстро разнеслась по Германии, и Орфиреус вскоре приобрел могущественных покровителей, им заинтересовался польский король Август II.

А 12 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал своему покровителю ландграфу Карлу Гессен-Кассельскому. Двигатель, находившийся в уединенной комнате, был приведен в действие; затем комната была заперта на замок, запечатана и оставлена под бдительным караулом двух гренадеров. Четырнадцать дней никто не смел даже приближаться к комнате, где вращалось таинственное колесо. Лишь 26 ноября печати были сняты; ландграф со свитой вошел в помещение. И что же?

Колесо всё ещё вращалось. Машину остановили, тщательно осмотрели, затем опять пустили в ход. В течение сорока дней помещение снова оставалось опечатанным; сорок суток караулили у дверей гренадеры. И когда 4 января 1718 года печати были сняты, экспертная комиссия нашла колесо в движении!

Ландграф и этим не удовольствовался: сделан был третий опыт - двигатель был запечатан на целых два месяца. И всё-таки по истечении срока его нашли движущимся! Изобретатель получил от восхищенного ландграфа официальное удостоверение в том, что его "вечный двигатель" делает 50 оборотов в минуту, способен поднять груз весом 160Н на высоту 1.5 м, а также может приводить в действие кузнечный мех и точильный станок. С этим удостоверением Орфиреус и странствовал по Европе. Вероятно, он получал порядочный доход, если соглашался уступить свою машину Петру 1 не менее чем за 100 000 рублей.

Пётр обратил внимание на колесо Орфиреуса ещё в 1715 году, во время своего пребывания за границей, и тогда же поручил А.И.Остерману, известному дипломату, познакомиться с этим изобретением поближе; последний вскоре прислал подробный доклад о двигателе, хотя самой машины ему увидеть не удалось. Петр собирался даже пригласить Бесслера к себе на службу и поручил запросить о нем мнение Христиана Вольфа, известного философа того времени.

Знаменитый изобретатель отовсюду получал лестные предложения. Он тщательно скрывал свои чертежи, а саму машину никому не показывал. Тем не менее, великие мира сего осыпали его высокими милостями, поэты слали оды и гимны в честь его чудесного колеса. Но нашлись и недоброжелатели, подозревавшие здесь искусный обман. Были смельчаки, которые открыто обвиняли Бесслера в плутовстве; предлагалась премия в 1000 марок тому, кто разоблачит этот обман. Естественно, это не могло не вызвать «приток» людей, желающих разоблачить коварного лжеизобретателя. Так, тайна "вечного двигателя", по мнению одного из разоблачителей, кроется просто в том, что спрятанный человек тянет за веревку, намотанную незаметно для наблюдателя на часть оси колеса, скрытую в стойке.

Рис. 3

вечный двигатель орфиреус колесо

Тонкое плутовство было раскрыто случайно - только потому, что ученый доктор поссорился со своей женой и служанкой, посвященными в его тайну, не случись этого, мы, вероятно, до сих пор оставались бы в недоумении относительно «вечного двигателя», наделавшего столько шума. Оказывается, колесо Орфиреуса действительно приводилось в движение людьми, незаметно дергавшими за тонкий шнурок. Этими людьми были брат изобретателя и его служанка.

Столько внимания колесу Орфиреуса я уделила потому, что это был, пожалуй, единственный "вечный двигатель", принесший хоть какие-нибудь практические результаты, хотя бы в плане обогащения его создателя.

Знаменитые «вечные двигатели»

Вечный двигатель некоего Гертнера, славившийся в Германии в те же времена, уже не производил такого же эффекта. Посланец Петра 1 писал об этой машине следующее: "Господина Гертнера perpetuum mobile, который я в Дрездене видел, состоит из холста, песком засыпанного, и в образе точильного камня сделанной машины, которая назад и вперед сама от себя движется; но, по словам господина изобретателя не может весьма велика сделаться... Французские и английские ученые... ни во что почитают все оные перепутум мобилес и сказывают, что оное против принципов математических".

Что же касается различных скрытых механизмов, движущие некоторые из "вечных двигателей", пожалуй, остроумнее всех поступил некий изобретатель, показывавший свое изделие в шестидесятых годах прошлого столетия на Парижской выставке. Двигатель состоял из большого колеса с перекатывавшимися в нем шарами, причем изобретатель утверждал, что никому не удастся задержать движение колеса. Посетители выставки один за другим пытались остановить колесо, - но оно медленно возобновляло вращение, как только отнимались руки. Никто не догадывался, что колесо вращается именно благодаря стараниям посетителей его остановить: толкая его назад, они тем самым заводили пружину искусно скрытого механизма... И все же подавляющее большинство изобретателей вечного двигателя честно старались разрешить заманчивую задачу.

Были мобилизованы все мыслимые и немыслимые возможности: и архимедова сила, заставлявшая всплывать пустотелые деревянные ящики, и электричество, и магнетизм... А вот проект капиллярного "вечного" двигателя: масло (или вода), налитое в сосуд поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями - еще выше; верхний сосуд имеет желоб для стока масла, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Стекшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобу на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении... Ошибка заключается в том, что масло не будет стекать с верхней, загнутой части фитиля. Ведь капиллярное притяжение, преодолев тяжесть, подняло жидкость вверх по фитилю.

Рис. 4

Этот мнимый вечный двигатель напоминает другую водяную машину "вечного" движения, придуманную ещё 1575 году итальянским механиком страдою Старшим. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струей, ударяющей в лопатки наливного колеса (справа внизу). Водяное колесо вращает точильный камень, а одновременно двигает, с помощью ряда зубчатых колес, тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Получалось, что винт вращает колесо, а колесо - винт!

Описанный проект много раз вновь всплывал впоследствии во всевозможных видоизменениях, а один из подобных проектов был даже запатентован в Германии 1878 году, т.е. спустя тридцать лет после провозглашения закона сохранения энергии! Хотя, согласно уставу, патенты на изобретение, идея которых противоречит законам природы, не должны выдаваться, изобретатель так замаскировал основную идею магнитного perpetuum mobile, что ввёл в заблуждение техническую комиссию.

Большая часть проектов вечных двигателей действительно могла бы работать, если бы не существование силы трения. Если это двигатель - должны быть и движущиеся части, значит, недостаточно двигателю вращать самого себя: нужно вырабатывать ещё и избыточную энергию для преодоления силы трения, которую никак не уберешь. Вот вам проект вечного двигателя: динамо машина соединяется с электромотором. Если динамо-машине дать первоначальный им пульс, то порождаемый ею ток запустит электромотор, а тот, вращаясь, будет заставлять работать динамо-машину. Таким образом, машины будут двигать одна другую, пока не износятся. Если бы каждая из соединенных машин обладала стопроцентным коэффициентом полезного действия, мы могли бы заставить их указанным способом безостановочно двигаться только при полном отсутствии трения. Такой агрегат, в сущности, представляет собой одну машину, которая должна сама себя приводить в движение. При отсутствии трения агрегат двигался бы вечно, но пользы от такого движения нельзя было бы извлечь никакой: стоило бы заставить "двигатель" совершать внешнюю работу, и он немедленно остановился бы. А ведь даже проводник, по которому течет ток, хоть внешне он и неподвижен, греется именно из-за наличия силы трения - в данном случае обусловленной столкновениями электронов с атомами вещества, из которого сделан проводник...

Любопытно, что если поиски вечного двигателя всегда оказывались бесплодными, то, напротив, глубокое понимание его невозможности приводило нередко к плодотворным открытиям. Так, исходя из мысли о невозможности вечного двигателя, было сделано важное открытие в механике. Однако проекты продолжали поступать...

Порою один внешний вид и видимое действие устройства может ввести в заблуждение неподготовленного наблюдателя. Курский изобретатель А.Г. Уфимцев создал новый тип ветросиловой станции с дешевым "инерционным" аккумулятором механической энергии, устроенным по типу махового колеса. В 1920 году им была построена модель этого аккумулятора в виде диска, вращающегося на вертикальной оси с шариковым подшипником, в кожухе, из которого был выкачан воздух. Будучи разогнан до 20 000 оборотов в минуту, диск сохранял вращение в течение пятнадцати суток!

В наше время, правда, количество проектов perpetuum mobile пошло на убыль - закон сохранения энергии звучит сейчас, очевидно, более убедительно, нежели в прошлом веке. Любители подобных задач заняты сейчас другой целью - не противоречащей, кстати, законам природы, - созданием так называемого дарового двигателя. В даровых двигателях энергия не создается из ничего, она черпается извне - из окружающей атмосферы, из энергии Солнца и т.п.

Есть даровые двигатели, работающие на перепаде атмосферного давления, по инерции т.п.

Ведь неплохо иметь такую машину: толкнул - и она работает, скажем, лет сто. Потом остановится - не беда, опять толкнем... Чистая фантазия, конечно, но законам природы это не противоречит, а значит, может и осуществиться...

Нынешние даровые двигатели еще слишком несовершенны - конструкция их чересчур дорога по сравнению с доставляемой ими энергией, и они, следовательно, невыгодны, но, во всяком случае, поиск рабочего дарового двигателя - более перспективный путь, нежели бессмысленные попытки создания perpetuum mobile.

Размещено на Allbest.ru