Вечные двигатели
Механические и гидравлические вечные двигатели. Вечный двигатель Конгрева, Кокса, д'Оннекура и др. Первые попытки и расцвет создания "перпетуум мобиле". Колесо с рычагами как элемент вечных двигателей. Вечные часы с системой перекатывающихся шариков.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.05.2010 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Сведения о горящих вечно лампах относятся к преданиям, которые, несмотря на свою неправдоподобность, свидетельствуют об огромной фантазии человека и стремлении построить или получить в свое владение нечто такое, что по своему постоянству приближается к представлению о связанном с вечностью божественном совершенстве. Вполне возможно также, что создатели этих легенд так выражали свою мечту о бессмертии.
В арабских странах мы начинаем встречаться с проектами вечных двигателей, аналогичных по устройству механическому перпетуум мобиле индуса Бхаскары, уже примерно с 1200г. На чертеже 2 представлено одно из таких арабских самодвижущихся колес, пустотелый обод которого частично заполнен водой и ртутью. Согласно приведенной схеме сил, момент силы, создаваемый весом столбика воды F1, действующим на плечо r1 по направлению к центру вращения колеса, должен превышать момент силы, создаваемый весом ртути F2, действующим на плечо r2. В качестве основного условия успешной работы этого устройства принималось выполнение неравенства:
F1 * r1 > F2 * r2
Как видно из схемы 3, арабские механики пользовались и другими комбинациями основных конструктивных элементов. Например сочлененными деревянными рычагами и т.п. Однако главной частью их машин все же продолжало оставаться большое колесо, вращавшееся вокруг горизонтальной оси. Все эти вечные двигатели, принцип действия которых был весьма сходен с работой индийских самодвижущихся колес, в арабских странах разрабатывались главным образом для того, чтобы приводить в действие устройства для заполнения водой оросительных каналов.
Оба представленных примера перпетуум мобиле могли бы создать у Вас превратное представление об уровне средневековой арабской механики. Вышедший недавно перевод сочинения известного арабского изобретателя машин и автоматов ал-Джазари «Книга о познании хитроумных механических приспособлений», написанного автором в 1206 г., свидетельствует о высоком уровне арабской техники, основывавшейся на использовании вполне реальных функциональных принципов и элементов конструкций. Эта книга, состоящая из шести частей, содержит подробные описания разнообразных гидравлических машин, насосов, водяных часов-клепсидр, музыкальных автоматов со сложной механикой фигур и т.п. До опубликования труда ал-Джазари оставалось неясным происхождение многих конструктивных элементов, с которыми мы впервые сталкиваемся в Европе у инженеров эпохи Возрождения. Так, например, конический клапан, встречающийся в альбомах чертежей Леонардо да Винчи, мы находим уже у ал-Джазари. Арабские инженеры были знакомы также и с зубчатыми секторами, которые с 1364 г. первым в Европе стал систематически использовать в своих астрономических часах Джиованни де Донди. В период деятельности ал-Джазари арабам была известна, в частности Китайский керамогранит италон китай, и техника отливки металлов в песчаные формы, введенная в Европе лишь с конца XV века.
Вместе с тем нельзя не отметить следующего важного обстоятельства. В труде ал-Джазари, раскрывающем многие до сих пор не выясненные отношения между механикой Востока и ранней европейской техникой, не приводится, по существу, ни одного примера перпетуум мобиле, что, несомненно, является бесспорным свидетельством высокого уровня средневековых арабских инженеров.
6. Индийский или арабский перпетуум мобиле
Индийский или арабский перпетуум мобиле с небольшими косо закрепленными сосудами, частично наполненными ртутью
7. Вариант перпетуум мобиле восточного происхождения
Вариант перпетуум мобиле восточного происхождения. Автор опирался здесь на различие удельных весов воды и ртути.
8. Колесо с рычагами - типичный элемент вечных двигателей
Колесо с гибкими сочлененными рычагами представляет собой типичный элемент вечных двигателей, которые впоследствии на основе этого арабского проекта предлагались во множестве различных вариантов
9. Мнимые перпетуум мобиле
Сегодня, по-видимому, уже никто не сомневается, что энергия перемещения масс воздуха, равно как и энергия, определяемая изменениями температуры и барометрического давления, ничего общего не имеет с теми тайными силами, которые, как считалось в прошлом, являлись причиной вечного движения, даже если источником этих сил оказывалась сама природа Земли или целая Вселенная. Естественно, что колебания температуры внешнего воздуха зависят от солнечного излучения; с изменениями этой температуры в свою очередь тесно связаны характер перемещений атмосферных масс и изменения барометрического давления. Однако же все эти процессы происходят лишь благодаря тому, что Солнце постоянно посылает на поверхность Земли все новые и новые порции энергии. Эта энергия (которую мы будем называть латентной, поскольку для многих исследователей прошлого она действительно оставалась тайной) очень часто оказывалась тем источником, к которому сплошь и рядом обращались изобретатели и сторонники перпетуум мобиле. Их устройства, черпавшие необходимую для своей работы энергию из этого латентного источника, во многих случаях функционировали достаточно успешно, что побуждало общественное мнение рассматривать эти машины как убедительное доказательство осуществимости вечного движения в условиях Земли. Неправильное понимание, а иногда и просто полное незнание принципов работы этих устройств приводили к новым попыткам решения проблемы перпетуум мобиле и постройке дальнейших вариантов этих машин.
В 1815 году в «Еженедельном вестнике искусств и ремесел королевства Баварии» появилось сообщение о новом перпетуум мобиле, автором которого был некий Рамис из Мюнхена. Этот перпетуум мобиле, полное описание которого приводит Иоганн фон Поппе в уже упомянутой нами книге, по существу представлял собой электрический маятник, который качался на опоре, помещенной, как показано на схеме 69, между сферическими электродами двух электрических элементов Замбони, вставленных внутрь стеклянных столбиков. Верхнее удлиненное плечо маятника оканчивалось стеклянной палочкой с металлическим шариком на конце. При касании сферического электрода одного из элементов на шарик переходила небольшая часть его электрического заряда. Поскольку тела, несущие на себе одноименные заряды, отталкиваются, маятник отклонялся в другую сторону, где шарик притягивался электродом противоположной полярности, который в свою очередь забирал его заряд, и весь процесс повторялся вновь в обратном направлении. С помощью удачных усовершенствований конструкции Рамису удалось использовать этот способ для приведения в действие маятниковых часов, которые благодаря энергии, запасенной в электрических элементах, могли идти очень долгое время.
После Рамиса созданием аналогичных часов занимался также Карл Стрейциг из Вероны. Отметим, что эти перпетуум мобиле не были совершенно оригинальными -- как справедливо указывалось в тогдашней литературе, оба они основывались на идее весьма популярного в то время физического прибора-электроскопа, известного со времен самых ранних опытов с электричеством.
Еще одна значительная часть мнимых перпетуум мобиле получала необходимую для своей работы энергию в результате изменений барометрического давления. Одним из самых старых проектов подобного рода был барометрический вечный двигатель англичанина Кокса, относящийся к 70-м годам XVIII в. Внешний вид этого перпетуум мобиле, подробно описанного в «Геттингенском вестнике ученых» за 1775 г. и вновь упомянутого в уже известной нам книге И. фон Поппе, представлен на рисунке 71. В то же время из его упрощенной схемы, показанной на чертеже 70, легко видеть, что принцип действия этого устройства основывался на известном опыте Торричелли с заполненной ртутью трубкой. Главной частью машины Кокса являлся большой сосуд, в который было налито 200 кг ртути; его подвешивали на цепях и с помощью системы блоков уравновешивали специальным грузом. В этот сосуд с ртутью погружалась длинная стеклянная трубка с запаянным верхним концом, которую изобретатель перед запаиванием также наполнял ртутью до самого верха. При падении барометрического давления уровень ртути в трубке понижался, и часть ее вытекала в сосуд, который, утяжеленный весом вытекшей ртути, начинал опускаться; далее это движение передавалось на заводное колесо пружины часового механизма. Если атмосферное давление повышалось, тогда, наоборот, некоторое количество ртути выталкивалось обратно в трубку и противовес возвращал сосуд в исходное положение. Небольшого изменения давления внешнего воздуха оказывалось достаточно для завода часовой пружины на восьмисуточный запас хода.
Этот барометрический перпетуум мобиле привлек пристальное внимание английского ученого Фергюсона, о котором мы уже говорили ранее. Так, еще в 1774 г. он писал об этом устройстве:
«Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъемом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре. Нет основания полагать, что они когда-нибудь остановятся, поскольку накопляющаяся в них двигательная сила могла бы обеспечивать их ход в течение целого года даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, по своей идее и исполнению они являются самым замечательным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть».
На рисунке 72 представлены другие часы, основанные на том же принципе, -- современные часы модели «Атмос», выпускаемые в Швейцарии. В отличие от устройства Кокса они не имеют ртутного манометра; его роль играет плоский цилиндрический барабан, наполненный хлористым этилом -- веществом, которое начинает испаряться уже при 12°С. В барабане помещается составленный из круговых мембран металлический мех, который растянут скрытой внутри его сильной стальной пружиной организация мероприятий. Если температура воздуха в помещении повышается, расширяющиеся пары хлористого этила сдавливают мех. В случае понижения температуры пружина возвращает мембранный мех в исходное положение. При этом перемещение меха, по мысли швейцарских конструкторов, с помощью специальной цепи передается непосредственно на вал заводного механизма обычных пружинных часов. Изменения температуры окружающего воздуха на 1° C оказывается достаточным, чтобы обеспечить завод пружины на 28 часов хода часового механизма. Впрочем, если бы мы поместили эти часы в термостат со строго поддерживаемой постоянной температурой, то запаса энергии полностью заведенной пружины хватило бы для непрерывной работы этого хронометрического устройства в течение целых ста дней.
Аналогичная, хотя и несколько менее совершенная, идея использовалась в так называемых автодинамических часах, сконструированных во второй половине прошлого столетия австрийским инженером Лёсслем. Принцип работы его «вечного» приводного устройства заключался в следующем. Автор соединил два металлических меха, выполненные в форме цилиндров, с толстостенным резервуаром, вмещавшим 500 литров воздуха. При изменениях атмосферного давления эти меха растягивались или сжимались -- максимальное же изменение длины мехов достигало 12 см. Этого изменения длины оказывалось достаточно, чтобы обеспечить завод пружины довольно крупных часов для непрерывного их хода в течение 80 дней.
В 1751 г. известный французский часовщик Ле-Плат из Нанси построил оригинальные «вечные» часы, схематически изображенные на схеме 73. Для своего опыта он взял обычные маятниковые часы и повесил их на стену со скрытым в ней воздушным каналом, сообщавшимся с комнатой через специальное отверстие. Когда двери в комнату открывались, более теплый, а потому и более легкий воздух из комнаты начинал проходить через канал в стене, выталкиваемый более холодным и более тяжелым наружным воздухом. На пути протекающего в канале воздуха Ле-Плат установил небольшую крыльчатку, приводившую во вращение передаточный механизм, который в свою очередь обеспечивал поднятие свинцовой гири часов.
Завод пружин хронометрических устройств с помощью протекающего воздуха, как это описал в 1755 г. Ле-Плат в своем «Трактате о часовом деле», являлся излюбленным приемом того времени, привлекавшим внимание многих исследователей. Подобные часы, построенные по принципу «сквозняка» (их, кстати, тоже часто принимали за перпетуум мобиле), устанавливались во многих общественных местах, например, на Северном вокзале в Брюсселе.
К несколько иному способу прибегнул в 1682 г. Иоганн Иоахим Бехер, с которым мы познакомились в предыдущих разделах: для завода часового механизма он использовал дождевую воду, стекавшую по крыше его дома. Через год он построил еще один самодвижущийся механизм, непрерывно работавший за счет изменений температуры окружающего воздуха. Об этом устройстве Бехер писал:
«...своим термоскопом (?) я могу заводить небольшие маятниковые часы, причем они будут идти так долго, пока у них что-нибудь не сломается...».
Следующим физическим явлением, на которое обратили внимание изобретатели мнимых перпетуум мобиле, было явление теплового расширения материалов. Один из наиболее старых анонимных проектов перпетуум мобиле, представленный на чертеже 74, знакомит нас с несколько тяжеловесной схемой «вечных» часов с непрерывным ходом. Главной частью их заводного механизма являются два стержня T1 и T2, упирающиеся в зубья храповиков k1 и k2, прочно скрепленных с рабочим колесом k. Стержни изготовлены из особого сплава с большим коэффициентом теплового расширения. Работа этого устройства осуществляется следующим образом. Если температура воздуха повышается, стержень T1 начинает поворачивать колесо k против часовой стрелки; другой стержень T2 вращает колесо k в том же направлении при уменьшении своей длины, т.е. в случае охлаждения окружающего воздуха. По мере вращения колеса k равномерно расположенные по его периметру небольшие черпаки постепенно заполняются ртутью и подают ее наверх к рабочему лотку, откуда ртуть самотеком поступает на лопастное колесо k3, непосредственно связанное с пружиной часов или барабаном, на который наматывается веревка гирьки-противовеса.
Гораздо более простой является схема 75. Автором ее был Пьер Жак Дроз, живший в середине XVIII в. в небольшом швейцарском городке Шо-де-Фон. Дрозу было хорошо известно, что коэффициенты теплового расширения различных металлов, например, стали и латуни, могут сильно различаться между собой. Поэтому он использовал в своем устройстве две прочно скрепленные полоски из этих металлов, зная, что изменения температуры могут вызвать в такой биметаллической полоске силы расширения, вполне достаточные для завода часовой пружины.
Другим примером мнимого перпетуум мобиле являются так называемые глицериновые часы, схема работы которых показана на рисунке 76. Главную роль в этом устройстве играет глицерин, заполняющий спиральную стеклянную трубку и часть цилиндра под поршнем. При повышении температуры окружающего воздуха цилиндр нагревается, глицерин увеличивается в объеме и, перемещая поршень, совершает работу по подъему груза-противовеса. Поскольку глицерин затвердевает при -30°С, это устройство может надежно работать лишь в том случае, если температура окружающей среды будет не слишком низкой. В то же время для непрерывной работы часов оказывается вполне достаточно малых колебаний температуры в пределах 2°С.
При чтении раздела о мнимых вечных двигателях, естественно, может возникнуть вопрос, не выгодно ли создавать по этому принципу крупные машины, которые можно было бы использовать, например, в промышленном производстве. И хотя совершенно ясно, что речь идет не о «настоящих» вечных двигателях, в современных условиях острой нехватки энергетических ресурсов энергия, полученная таким способом из окружающей среды, могла бы оказаться ценным подспорьем для человечества. В связи с этим попробуем хотя бы приблизительно подсчитать экономичность работы такой машины и затраты, связанные с ее изготовлением. Из опыта известно, что для суточного завода обычных ручных часов требуется работа, равная примерно 0,4Дж, что составляет около 5.10-6 Дж на каждую секунду хода часов. А поскольку 1кВт равняется 1000Дж/с, то мощность пружины нашего часового механизма составляет всего 5.10-9 кВт. Если расходы на изготовление основных частей описанного выше устройства, действующего по принципу теплового расширения, принять равными 0,01 рубля, то за машину мощностью 1кВт нам пришлось бы заплатить 2 млн. рублей. Конечно же, создание и использование таких дорогих источников энергии в широком масштабе абсолютно нерентабельно.
Одним из современных примеров мнимых перпетуум мобиле являлась популярная в послевоенные годы игрушка -- стилизованная фигурка пьющей утки, схема 77. Туловищем утки служила стеклянная трубочка, верхний конец которой заканчивался шариком в виде утиной головы с клювом. Нижний конец трубочки был погружен в небольшой запаянный сосуд, наполненный эфиром. При этом эфир выбирался потому, что он легко испаряется уже при комнатной температуре и, кроме того, с изменением температуры резко меняется давление его насыщенных паров. Для того чтобы «оживить» утку, следовало лишь слегка смочить ее головку и поставить игрушку перед стаканом с водой. При этом утка, наклоняясь вперед, погружала свой клюв в воду, потом откидывалась назад, в вертикальное положение, снова наклонялась, окуная клюв в воду, и т.д.
Секрет действия этой игрушки легко понять, если посмотреть, как ведут себя пары эфира в двух местах -- в трубочке с головкой и в нижнем сосуде. Так, если увлажнить головку утки водой, то вследствие испарения температура головки упадет ниже температуры окружающего воздуха. Для усиления этого эффекта на головке обычно укрепляется кусочек какого-либо пористого материала, например, ваты, который хорошо впитывает воду и интенсивно ее испаряет. В результате охлаждения головки давление насыщенных эфирных паров в ней падает, и эфир под действием паров в нижней части трубочки поднимается вверх. При этом центр тяжести фигурки перемещается по направлению к голове, и утка постепенно наклоняется вперед. В то же время при горизонтальном положении туловища-трубочки происходят два независимых процесса Нового года банкеты. Банкет санкт петербург. Банкет.. Во-первых, утка опускает клюв в воду, так что ватный хохолок на ее головке вновь увлажняется. Во-вторых, насыщенные пары из верхней и нижней частей смешиваются, давление их выравнивается, и жидкий эфир под действием собственного веса вновь вытекает в нижний сосуд, в результате чего тело утки опять начинает выпрямляться. Весь цикл качаний этой игрушки будет повторяться до тех пор, пока головка утки будет увлажняться и пока окружающий воздух сам не окажется слишком влажным, с тем чтобы вода из хохолка могла нормально испаряться и охлаждать головку утки. Понятно, однако, что и в этом случае речь идет вовсе не о реальном перпетуум мобиле, поскольку постоянные качания утки происходят только благодаря тому, что в процессе этих качаний она отбирает тепло из окружающего воздуха.
Из приведенных примеров видно, что некоторые явления природы, по крайней мере внешне, оказываются в противоречии с повседневным опытом человека, -- именно это обстоятельство являлось одной из причин возникновения иллюзий о возможности использования при создании вечных двигателей скрытых природных сил. Например, опыты с различными видами радиоактивных излучений, получившие широкое распространение в конце прошлого столетия, взбудоражив фантазию многих изобретателей, послужили мощным импульсом к созданию многочисленных проектов перпетуум мобиле, приводившихся в действие этими невидимыми лучами. Отметим, что в небольших масштабах для этих же целей некоторыми изобретателями использовалась энергия солнечного излучения.
В 1903 г. англичанин Дж. Стретт (лорд Рэлей) построил еще один мнимый перпетуум мобиле -- так называемые радиевые часы, по виду и принципу действия также напоминавшие популярный тогда электроскоп, широко использовавшийся в физических исследованиях того времени. По оси стеклянной колбы рисунок 78 на тонкой кварцевой нити подвешивалась в вакууме запаянная с двух концов стеклянная трубочка с небольшим количеством радиевой соли. К нижнему концу трубочки прикреплялись два листочка тонкой золотой фольги. Хотя радиоактивные вещества испускают излучение трех типов -- альфа, бета и гамма, в данном случае главную роль играло бета-излучение, которое состоит из отрицательно заряженных частиц-электронов и легко проходит через стекло. Испускаемые во все стороны электроны уносят с собой отрицательный заряд, в результате чего трубочка с радиевой солью заряжается положительно. Этот заряд передается и на золотые листочки, свободные концы которых под влиянием одноименных зарядов постепенно расходятся. При максимальном отклонении листочки касаются металлических электродов, размещенных вдоль внутренних стенок колбы. При этом они отдают свой заряд электродам и опять спадаются вместе. При накоплении новой порции заряда листочки снова расходятся и весь цикл повторяется заново.
Подобный процесс может продолжаться целые столетия, поскольку период полураспада радия составляет 1600 лет. Отметим, правда, что продолжительность одного цикла прибора Стретта, которая поначалу составляла 34 секунды, по мере убывания испускаемой радиевой солью энергии увеличивается, хотя и на ничтожную величину, так что с течением времени Технология натяжные потолки, купить натяжной потолок. Купить французские натяжные потолки., постепенно использовав всю содержащуюся в радии энергию, эти часы мало-помалу должны остановиться.
Те же идеи были использованы в предложенном швейцарским физиком Грейнахером приборе, названном им радиевым перпетуум мобиле. Схема 79 была опубликована автором в «Известиях германского физического общества» за 1911 г. Накапливавшийся на латунной пластинке заряд с помощью тонкой нити, залитой в слое парафина, передавался на горизонтально расположенную металлическую иглу, совершавшую крутильные колебания на упругом проводящем подвесе. При повороте игла касалась боковых контактов и отдавала им свой заряд, который далее переходил на «корпус» прибора. Весь процесс колебаний мог повторяться до тех пор, пока на латунную пластинку в верхней части устройства попадало достаточное количество радиоактивного излучения.
В заключение раздела о мнимых перпетуум мобиле упомянем еще об одном устройстве -- о так называемом радиоскопе или радиометре, представлявшем собой маленькую лопастную мельницу, помещенную внутрь стеклянной колбы, из которой выкачивался воздух -- давление понижалось до 0,02 мм рт.ст. (=2,7 паскаля). Главную часть мельницы составляли четыре небольшие слюдяные лопатки, одна сторона которых была зачернена, а другая оставалась незачерненной; при этом сами лопатки могли вращаться вокруг вертикальной оси. Если лучи света, несущие тепловую энергию, попадали внутрь колбы, то зачерненные поверхности лопаток нагревались больше, нежели блестящие, так что немногие молекулы разреженного воздуха, остававшиеся в колбе, отлетали от них с большей скоростью. В результате зачерненной стороне лопаток передавался больший импульс, что и приводило всю мельницу во вращение.
Перечисленные в этом разделе примеры мнимых вечных двигателей показывают нам, что подобные устройства почти с самого начала сопровождали «настоящие» вечные двигатели. Незнание основных физических законов, вполне оправданное в XVII-XVIII вв., т.е. до открытия законов сохранения массы и энергии, приводило к тому, что изобретатели «предэнергетической» эпохи совершенно не представляли себе, что их машины черпают свою энергию не из какого-то таинственного «нутра», а из колоссальных природных источников Земли или Вселенной.
В истории же техники мнимые перпетуум мобиле так и остались игрушками, радующими глаз любителей курьезов, или даже источниками новых, подчас еще не раскрытых возможностей науки, в то же время абсолютно не оправдав ожиданий тех, кто с их помощью все-таки надеялся раскрыть тайну вечного движения.
10. Барометрический вечный двигатель Кокса
Барометрический вечный двигатель Кокса -- по рисунку Фергюсона.
11. Барометрический перпетуум мобиле
Схема работы барометрического перпетуум мобиле, предложенного англичанином Коксом в 1880-1890 гг.
12. Схема сквозняковых часов Ле-Плата
Схема так называемых «сквозняковых» часов Ле-Плата, построенных в 1751 г. Завод часов и перемещение управляющей заслонки обеспечивались с помощью небольшого лопаточного ветродвигателя, установленного в воздушном канале.
13. Первые попытки создания вечных двигателей
В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением в обиход арабских (по своему происхождению индийских) цифр, т.е. в начале XIII века. Главную роль в том, что средневековая феодальная Европа, как раз вступавшая в начальную фазу своего интенсивного развития, свела знакомство с перпетуум мобиле, играли, по-видимому, все более расширявшиеся торговые связи с восточными странами. Сходство между арабскими и первыми европейскими вечными двигателями, свидетельствуя о непосредственном влиянии Востока на науку и культуру средневековой Европы, позволяет достаточно точно установить, откуда и какими путями идея перпетуум мобиле проникла на европейский континент.
Первым европейцем, автором идеи «самодвижущейся машины», т.е. вечного двигателя, согласно имеющимся в настоящее время данным, считается средневековый французский архитектор Вийяр д'Оннекур родом из Пикардии, -- известный строитель кафедральных соборов и создатель целого ряда интересных машин и механизмов. Он был одним из первых всесторонне образованных инженеров, вместе с которыми пришел в Европу так называемый «технический ренессанс». О необыкновенных способностях Вийяра свидетельствуют проекты некоторых его изобретений, например машины для обрезания свай под водой, гидравлической пилы с автоматической подачей древесины (рисунок 7), винтовых домкратов для подъема тяжелых грузов и ряда других любопытных приспособлений.
Его основные технические идеи дошли до наших дней в виде единственного альбома эскизов, содержащего чертежи тридцати трех устройств. На одном из рисунков этого альбома (рисунок 8) воспроизведена и предложенная им схема перпетуум мобиле. По принципу действия машина Вийяра очень напоминает некоторые схемы, использовавшиеся его арабскими предшественниками. Единственное отличие заключается в том, что вместо сосудов, наполненных ртутью, или сочлененных деревянных рычагов автор размещает по периметру своего колеса 7 небольших молоточков. Как строитель церковных сооружений и соборов Вийяр, несомненно, мог видеть на их башнях барабаны с прикрепленными к ним молоточками - эта конструкция постепенно заменяла в Европе колокола. Вероятно, именно принцип действия этих молоточков и колебания барабанов при откидывании грузов натолкнули Вийяра на мысль использовать аналогичные железные молоточки, установив их по окружности колеса своего вечного двигателя.
Конечно, Вийяр понимал, что не первым пытается создать механический перпетуум мобиле. Это подтверждают и его слова, содержащие известную долю удивления и иронии по поводу попыток его предшественников. По всей видимости, сам Вийяр был уверен в собственном успехе, поскольку на рисунке, изображающем схему этого перпетуум мобиле, он оставил следующую запись:
«Долгое время мастера спорили о создании колеса, которое вращалось бы само по себе. Смотри здесь, как привести такое колесо в движение с помощью нечетного числа молоточков или посредством ртути».
Проект вечного двигателя Вийяра почти несколько столетий привлекал к себе внимание. Так, архитектор из Кремоны Александр Капра в своем сочинении «Новая военная архитектура», увидевшем свет в Болонье в 1683 г., исходил непосредственно из представлений Вийяра о механическом перпетуум мобиле. При этом он изменил лишь число и форму откидных молоточков на окружности колеса.
Спустя почти четверть столетия после появления проекта Вийяра совершенно иная схема вечного двигателя была предложена французским ученым Пьером де Марикуром, который занимался в то время опытами с магнетизмом и, в частности, исследованием свойств магнитов. Вийяр, как и все его предшественники, при создании своего вечного двигателя исходил из эффекта действия силы тяжести, под влиянием которой откидывались противовесы или переливалась ртуть в размещенных по периметру колеса сосудах. Работа же самодвижущегося устройства Пьера де Марикура основывалась на использовании до той поры практически не известных и мало исследованных магнитных сил. Для нас, однако, его перпетуум мобиле -- он изображен на рисунке 9 -- оказывается похожим скорее на принципиальную схему вечного космического движения, нежели на «реальный» вечный двигатель. Хотя возникновение магнитных сил Пьер де Марикур объяснял божественным вмешательством и потому источниками этих сил считал «отнюдь не земные, а небесные полюса», он, разумеется, не мог отрицать того обстоятельства, что магнитные силы всегда проявляют себя там, где поблизости присутствует магнитный железняк. Эту взаимосвязь Пьер де Марикур объяснял тем, что данный минерал, к которому он относился почти как к философскому камню, управляется тайными небесными силами и олицетворяет собой связь между макро- и микрокосмом. В то же время он должен воплощать в себе все те мистические силы и чудесные возможности, которые помогают ему осуществлять в наших земных условиях непрерывное круговое движение. Это круговое движение, которому так поклонялся Пьер де Марикур, по его мнению, не могло быть ничем иным, как отображением вечного движения космических сил.
Труды Пьера де Марикура существенно обогатили нашу весьма скудную информацию о первых исследованиях проблемы вечного движения в Европе. Однако своими путаными рассуждениями об источнике и характере действия магнитных сил он затруднил себе дальнейшие объективные исследования сущности природных явлений, направив все свое внимание на создание структуры, которая явилась бы некоей копией механизма движения планет в нашей гелиоцентрической системе.
14. Водяная пила Вийяра д'Оннекура
Водяная пила Вийяра д'Оннекура с автоматической подачей древесины.
Один из самых старых проектов перпетуум мобиле в Европе.
Рисунок одного из самых старых проектов перпетуум мобиле в Европе (около 1235 г.) из альбома Вийяра д'Оннекура.
15. Период наивысшего расцвета идеи perpetuum mobile
Когда Архит Тарентский еще задолго до возникновения христианства пытался построить из дерева небольшого голубя, который, согласно древней легенде, умел летать и хлопать крыльями, он и не предполагал, что более чем через полторы тысячи лет человечество вновь обратится к подобным проблемам. Например, известия о говорящем механическом человеке-роботе, якобы построенном в XIII веке Альбертом Великим, создали этому ученому славу волшебника и мага, наделенного сверхъестественными способностями. Разнообразные механические устройства-автоматы, которые своим внешним видом и движениями подражали различным животным или человеку и даже имитировали их голоса, пользовались большой популярностью довольно долгое время, вплоть до XVIII в. Правда, такие уникальные и чрезвычайно дорогостоящие игрушки были по карману лишь наиболее состоятельным представителям знати.
В средние века, в период интенсивного строительства храмов, пышных кафедральных соборов и княжеских дворцов наиболее талантливые мастера и ремесленники сосредоточивались при дворах европейских правителей. Там, в королевских и императорских мастерских придворные умельцы, состязаясь друг с другом в мастерстве, создавали весьма совершенные художественные произведения и технические шедевры.
Легко можно представить, с каким удовольствием английский король Яков I демонстрировал изумленным гостям подвижный глобус с календарем, построенный для него голландским физиком и инженером Корнелиусом Дреббелем из Альцмара. В своем сочинении «Об изобретении вечного двигателя», вышедшем в 1621 г. с посвящением этому монарху, Дреббель хотя и не утверждает, что создал вечный двигатель, но пытается перпетуум доказать, что движущей силой космоса является огонь, и именно в этом усматривает ключ к созданию мобиле. Исследованиями, связанными с глобусом Дреббеля, занимался целый ряд ученых, в том числе и Ян Амос Коменский, считавший, что этот глобус приводился во вращение теплом от спрятанной под ним лампы.
Многие изобретатели, с тем чтобы привлечь к своему детищу, а стало быть, и к самим себе интерес и внимание публики, умышленно выдавали за перпетуум мобиле различные астрономические приборы, механические игрушки и фигурные автоматы. Особенно много таких автоматов со скрытым приводным механизмом появилось в XVIII в.; число их увеличивалось по мере совершенствования физических, хронометрических и астрономических приборов того времени. В Европе в искусстве создания многофигурных автоматов и разнообразных механических игрушек выделялся французский механик Вокансон. Впоследствии большое число его автоматов было собрано в парижском Музее искусств и ремесел, где наряду с изобретениями Вокансона сохранилась также обширная коллекция моделей и оригинальных конструкций вечных двигателей, изготовленных в XVII-XVIII вв.
В ту пору, когда Галилей пытался доказать вращение Земли, в Европе появлялись все новые дреббели и вокансоны, имена которых со временем стёрлись в памяти человечества, точно так же, как были забыты и их изобретения, которыми эти люди удивляли когда-то современников. Механизмы их машин хотя и поражают тщательностью исполнения, но в большинстве своем состоят из стандартных элементов и лишь изредка отличаются особой оригинальностью или принципиальной новизной. Часто окутанные таинственными легендами, такие устройства вносили оживление в однообразие человеческой жизни, побуждая людей к совершенствованию собственных технических навыков и развитию творческой фантазии. Если только изобретателю удавалось ловко укрыть внутри своей таинственной машины приводной механизм (как правило, он представлял собой обычную часовую пружину), стремительно распространялась весть о том, что где-то, скажем при дворе Людовика XVI, создан и демонстрируется публике новый вечный двигатель. К тому же обыватели в большинстве своем не видели особой разницы между фигурными механическими автоматами и перпетуум мобиле, а потому в качестве вечных двигателей часто рассматривались даже машины с плохо скрытым приводом.
Появлялись, разумеется, и такие личности, которые беспощадно срывали завесу тайны с изобретений своих конкурентов, правда, чаще всего лишь для того, чтобы бережно обернуть ею собственные творения. Пытались они обращаться и к помощи природных стихий, а также всякого рода непостижимых для них или непонятных сил, не оставляя без внимания даже силы сверхъестественные. В этом лабиринте интриг механика не раз смешивалась с алхимией, так что многие из претендентов на звание изобретателя перпетуум мобиле завоевывали себе одновременно и славу знаменитых алхимиков. При этом даже самые образованные ученые с трудом различали границы, отделявшие истину ото лжи или выдумки.
Быстрое развитие науки и техники, необходимость создания новых источников энергии, а также исследования тайн окружающей природы требовали значительных финансовых затрат. Естественной реакцией на такое положение вещей явились попытки открыть способ изготовления золота, сосредоточившиеся прежде всего в лабораториях алхимиков. Корни средневековой алхимии необходимо искать в древней химии, в сумме ее знаний, связанных с особенностями отдельных веществ и их свойств. В результате тесного контакта химии и алхимии возникло своеобразное содружество наук, важность которого, несмотря на его существенные недостатки и теневые стороны, вполне определенно ощущается и поныне. Ведь именно алхимикам мы должны быть благодарны за открытие технологии изготовления фарфора, различных красок, рубинового стекла и многих других материалов. Юстус фон Либих, выдающийся немецкий химик XIX века, сказал как-то, что он признателен алхимикам в их поисках путей получения золота за то, что результаты этих поисков помогли ему открыть способ получения искусственных удобрений.
Несмотря на полезные открытия, которые, правда, не позволяли изготовить искусственное золото и потому, как правило, оставались незамеченными современниками, большинство алхимиков искало прибежища во лжи и обмане, о чем свидетельствует длинный список средневековых мошенников. Упомянем, например, жившего в конце XVII в. некоего Дона Каэгано, который выдавал себя за обладателя философского камня, илиЛеонгарда Турнайссера из Базеля, который обманывал легковерных, продавая им слитки якобы изготовленного им золота, которые на самом деле содержали внутри свинец.
Эти и другие алхимики, искавшие и находившие приют при княжеских и королевских дворах, обычно имели довольно времени, чтобы открыть «собственный» секрет изготовления искусственного золота. При этом для успешного обмана доверчивого мецената достаточно было использовать, например, сосуд с двойным дном, где пряталось немного настоящего золота, которое, после того как легкоплавкое фальшивое дно расплавлялось, оказывалось непосредственно в самом сосуде. Тем же целям хорошо служил и обычный уголь, который после соответствующей обработки использовался для маскировки отверстия, где было спрятано настоящее золото.
Во времена поздней готики и зарождающегося Ренессанса в Европе возникло несколько центров, где работали известные алхимики. В чешские земли алхимия начала проникать уже в первой половине XIX в. Так, первую в Праге алхимическую лабораторию организовал в собственном доме вблизи тогдашнего Скотного рынка князь Вацлав Опавский в 1347 г. К ярым сторонникам алхимии принадлежали также Ян из Газенбурка и Вилем из Рожемберка. Замки Вилема в Тршебони и Крумлове стали убежищем многих чешских алхимиков.
В конце XVI -- начале XVII вв. внимание европейских алхимиков сосредоточилось прежде всего на Праге. В это время Чехией правил император «Священной Римской империи» Рудольф II, коллекционер произведений искусства и богатейший меценат, оказывавший свое покровительство таким прославленным ученым, как Тихо Браге и Иоганн Кеплер, а также известным изобретателям точнейших и красивейших часов и искусных астрономических приборов Йосту Бурги и Эразму Хабермелу. Наиболее признанным пражским алхимиком периода владычества Рудольфа II был англичанин Эдвард Келли. Из других известных ученых-алхимиков следует упомянуть поляка Михаэля Сендивогию (Сендивойю), современника Келли, а также австрийца Рихтгаузена, работавшего в Праге в середине XVII в. уже при императоре Фердинанде III.
В Англии очень хорошо известно имя Джеймса Прайса, жившего некоторое время в Праге и позднее ставшего членом Королевского химического общества. В 80-х гг. XVIII в. в своей лаборатории в графстве Суррей он демонстрировал английскому королю некий «трансмутационный процесс». Правда, впоследствии, получив приглашение ко двору, где ждали раскрытия секретов проводившихся им «трансмутаций», Прайс предпочел покончить с собой. Кроме Келли и других алхимиков, в Праге, бывшей в то время одним из крупнейших центров европейской науки, техники и культуры, работало много искусных механиков и инженеров, которые так или иначе сталкивались с проблемой вечного движения. Одним из них был Кристоф Марграф -- пражский часовщик, прославившийся изобретением оригинального хронометрического прибора, который рассматривался многими как реальный вечный двигатель.
В начале XVII в. при построении шагового часового устройства широко использовался довольно неуклюжий механизм с набором металлических шариков, скатывавшихся по некоторой замкнутой траектории. Фиксированный временной интервал, необходимый собственно для измерения времени, определялся длительностью прохождения очередным шариком выбранного пути. Еще Галилей обратил внимание на то, что цилиндр или шар, скатывающийся по наклонной плоскости заданной длины (при постоянном угле наклона.) проходит этот путь за одно и то же время. Из этого правила исходил и Марграф, который заменил в своих часах наклонную плоскость винтовой канавкой, образованной двумя параллельными проволочными направляющими. Как только шарик, скатывавшийся по направляющим канавки, оказывался внизу, мгновенно срабатывало особое устройство, которое выпускало сверху в канавку следующий шарик. Скатывавшиеся шарики приводили в действие счетчик, показания которого фиксировались на специальном циферблате. В описании, к сожалению, отсутствуют сведения о способе подъема шариков обратно к верхней части канавки. По всей видимости, опираясь именно на эту схему, построил свои шариковые «вечные» часы и французский дворянин Никола Гролье (рисунок 13), который мог познакомиться с часами Марграфа во время своей службы в австрийской армии.
В описи имущества Дрезденского двора, относящейся к 1603 году, также упоминаются шариковые часы некоего Ганса Шлотгхайма. Главной их частью опять-таки была спускавшаяся вокруг восьмигранной башни длинная винтовая канавка, по которой шарики, выпущенные из верхней галереи, скатывались ровно за 60 с. За эту работу, которая по существу представляла собой один из вариантов часов Марграфа, Шлоттхайм в 1601-1603 гг. получил 4800 рейнских золотых. В самой центральной башне, кроме устройства для измерения времени, располагался музыкальный механизм -- некое подобие органа с двумя регистрами по 17 воздушных трубок-свистков каждый. Механизм боя и музыкальный механизм дополнялись автоматически двигавшимися фигурками музыкантов и символическими знаками планет, размещавшимися снаружи на специальных внешних балкончиках. Равномерно скатывающиеся шарики с искусно спрятанным устройством, возвращавшим их в исходное положение, были, очевидно, причиной ошибочного впечатления, что речь идет действительно о вечном двигателе. Слухи, что сам Марграф отвергал возможность создания перпетуум мобиле, косвенно подтверждаются свидетельствами о том, что изобретатель, дабы преодолеть скептическое отношение заинтересованных лиц, всячески отвергал приписываемый его изобретению метафизический смысл. Вместе с тем вполне очевидно, что непосвященная публика легко принимала подобные часовые механизмы за перпетуум мобиле. Многие вообще были склонны рассматривать в качестве вечного двигателя любое устройство, которое после придания ему начального импульса приводилось в непрерывное движение и оставалось в этом состоянии достаточно долго без явного подвода энергии извне.
Конечно, мошенничества и обман не были привилегией и отличительным свойством одних лишь алхимиков. В истории техники мы нередко встречаемся с сообщениями о том, как широкая публика вводилась в заблуждение лишь для того, чтобы честолюбивый изобретатель мог привлечь к себе внимание окружающих.
Уже в начале нашего столетия в Филадельфии умер некий Джон Кили, скромный, тихий человек, который свыше четверти века изо дня в день усердно корпел над какими-то исследованиями в своей лаборатории, помещавшейся в арендованном им частном доме. Соседи нередко слышали раздававшиеся оттуда странные звуки, похожие на отдаленные взрывы или раскаты грома. Распространялись слухи, будто Кили работает над изобретением особого мотора, приводимого в действие некоей эфирной субстанцией, в которой собственно и заключается главный секрет его машины. Все чаще упоминалось о том, что в стенах этого таинственного дома действует неизвестный перпетуум мобиле, который сам вырабатывает необходимую ему для работы субстанцию. Так как загадочные звуки не прекращались, лабораторию Кили стали обходить стороной. В конце концов эта история привлекла внимание прессы. В одних газетах появились сообщения о том, что машина Кили являет собой переворот в технике, в других -- что Кили создал огнестрельное оружие огромной мощности, не нуждающееся в использовании пороха. Сам же Кили наотрез отказывался что-либо комментировать, настаивая лишь на том, что созданная им машина еще недостаточно применима для промышленного использования. Но печать уже сделала свое дело: одни произносили его имя с благоговейным трепетом, другие сомневались, третьи подвергали его изобретение резкой критике, -- в результате тихий и незаметный человек приковал внимание тысяч людей.
После смерти Кили в подвале под лабораторией был найден источник пресловутой эфирной субстанции -- обычный компрессор, которым Кили приводил в действие работавший на сжатом воздухе мотор, сконструированный по образцу воздушной пушки. Тайна загадочных взрывов и природа еще более таинственной движущей субстанции были раскрыты. Однако своим молчанием Кили сумел добиться как раз противоположного эффекта: он стал центром внимания публики, его имя было на устах у окружающих, о нем писали газеты. Кили сознательно подогревал любопытство людей именно своей скрытностью Игры, бесплатные мелодии на мобильные телефоны. Скринсейверы для сотовых телефонов; приводя, например, посетителей на порог своей мастерской, он в последний момент захлопывал перед ними двери.
Ранняя история развития науки и техники часто изобиловала как настоящими изобретениями, так и подобными мошенничествами. Однако если для алхимиков откровенная неудача грозила потерей имущества, положения или даже самой жизни, то для тех, кто хотел изобрести вечный двигатель, речь шла только об известности и славе. Философский камень и вечный двигатель одновременно оказались основными целями усилий постепенно формировавшейся светской науки. Однако только идея перпетуум мобиле смогла достаточно долго преодолевать те ловушки, которые выставляли на ее пути время и растущие знания человечества. И хотя общество давно смирилось с тем, что философский камень навсегда останется нерешенной проблемой алхимии, мысль о вечном двигателе все еще продолжали волновать сознание людей: тогдашнее увлечение проблемой перпетуум мобиле пронизывало буквально все слои общества -- ею интересовались инженеры, физики, философы, священнослужители и даже главы государств. В XVII-XVIII вв., в пору наибольшей популярности этой идеи, не проходило и месяца, чтобы не появлялась новая схема или новая модель вечного двигателя. Земное притяжение, вода, воздух, огонь, магнетизм, даже сверхъестественные силы -- все привлекалось для оправдания усилий и трудов исследователей в погоне за этой беспримерной иллюзией. Именно об этих усилиях, а также о том, какими путями шло развитие идеи перпетуум мобиле и как складывалась его судьба в пору расцвета, мы хотим рассказать в последующих разделах, посвященных разнообразным типам вечных двигателей и создавшим их людям.
16. Вечные часы с системой перекатывающихся шариков
Вечные часы с системой перекатывающихся шариков, построенные Н. Гролье из Сервьера.
Подобные документы
Вечный двигатель — устройство, совершающее полезную работу без приложения механических усилий и сжигания топлива: история, неудачные конструкции; патенты и авторские свидетельства; известные изобретатели. Значение вечного двигателя как источника энергии.
презентация [568,2 K], добавлен 23.09.2012Создание вечного двигателя. Вечный двигатель как воображаемый, но неосуществимый двигатель, который совершает работу неограниченно долгое время. Виды моделей вечного двигателя. Основа работы двигателя – энергия. Исключение создания перпетуум-мобиле.
контрольная работа [50,9 K], добавлен 17.11.2010Сущность вечного двигателя. Самая древняя модель механизма такого типа. Описание особенностей конструкции мнимых вечных двигателей различных авторов и их основные ошибки. Теоретические соображения о принципиальной возможности разработки Рerpetuum mobile.
презентация [295,9 K], добавлен 16.01.2014Рассмотрение идеи разных типов и видов вечных двигателей и суть их устройства. Исследование изобретений различных ученых-изобретателей и исторических личностей, связанных с вечным двигателем. Анализ типичных ошибок и заблуждений при их создании.
курсовая работа [865,7 K], добавлен 22.03.2011История создания тепловых двигателей и общий принцип их действия. Виды тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Использование современных альтернативных источников энергии.
презентация [1,3 M], добавлен 23.02.2011Система управления с шаговыми двигателями, контроллер шагового двигателя. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением. Двигатели с постоянными магнитами. Гибридные двигатели. Биполярные и униполярные модификации. Режимы работы и питание обмоток.
лекция [1,5 M], добавлен 20.11.2010Общая теория электрических ракетных двигателей. Особенности двигательных установок с малой тягой. Электрические ракетные двигатели и перспективные двигательные установки других типов. Ионный двигатель и его основные элементы. Контактные ионные источники.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 01.02.2010История и разнообразие гипотез о создании вечного двигателя. Магнитный двигатель как вариант вечного двигателя, работающего непрерывно посредством излучения магнитной энергии. Примерная схема магнитного двигателя и его модель, воплощенная на практике.
доклад [1,2 M], добавлен 23.12.2010Шаговые двигатели - разновидность бесколлекторных двигателей. Их основные типы: с переменным магнитным сопротивлением, с постоянными магнитами, гибридные. Варианты исполнения обмоток двигателя. Режимы и способы управления им, особенности использования.
реферат [672,0 K], добавлен 18.02.2013История тепловых двигателей. Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. Паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель.
реферат [5,5 K], добавлен 17.05.2006
