33

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный педагогический университет»

Институт социального образования

Кафедра социальной педагогики

Реферат

На тему: «Вечный двигатель»

Выполнил: студент(ка)

группы заочного отделения

«050700»- Педагогика:

воспитатательная работа

Балахнина Н.С

Проверил: преподаватель:

Грушевский К.И

Алапаевск

2010г

 Содержание

Введение

1. Понятие вечного двигателя

2. «Колесо истории»

3. Стоит ли изобретать вечный двигатель?

Заключение

Список используемой литературы.

Введение

Человек- существо по своей природе живое, имеющие определённый ресурс, количество энергии, предел нагрузки и, главное, чувства, то, что как раз и отличает человека от машины. Не будь этого в наличие у живых существ, какова была бы наша жизнь. Но, как раз ввиду этих самых характеристик человека, ему свойственно ленится и любить, так называемую, «халяву». Лень- один из двигателей прогресса.

Современная людская жизнь невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих их жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.

Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия переходит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше чем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии. В связи с этим нельзя создать вечный двигатель, то есть такой двигатель в котором в результате превращения энергии одного вида её получается больше, чем было. Однакож, люди на протяжение всего существования этой идеи пытались сделать это.

Закон сохранения и превращения энергии является основным в современном естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет следующие отличительные разновидности: механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и др. Каждая из них может превращаться друг в друга, причём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энергии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальной системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды этой энергии, испытывая взаимные превращения.

Закон сохранения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писал : «...так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силою другое, столько же у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Многие изобретатели пытались построить машину -- вечный двигатель, способную совершать полезную работу без каких-либо изменений внутри машины. Все эти попытки увенчались…

1. Понятие вечного двигателя

Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile) -- воображаемый, но неосуществимый двигатель, который после пуска его в ход совершает работу неограниченно долгое время. Каждая машина, действующая без притока энергии извне, по истечении некоторого промежутка времени полностью израсходует имевшийся в ней запас энергии на преодоление сил сопротивления и должна остановиться, так как продолжение работы означало бы получение энергии из ничего.

Вот как писал о значении для человечества вечного двигателя замечательный французский инженер Сади Карно : “ Общее и философское понятие “perpetuum mobile” содержит в себе не только представление о движении, которое после первого толчка продолжается вечно, но действие прибора или какого-нибудь собрания таковых, способного развивать в неограниченном количестве движущую силу, способного выводить последовательно из покоя все тела природы, если бы они в нём находились, нарушать в них принцип инерции, способного, наконец, черпать из самого себя необходимые силы, чтобы привести в движение всю Вселенную, поддерживать и беспрерывно ускорять её движение. Таково было бы действительно создание движущей силы. Если бы это было возможно, то стало бы бесполезным искать движущую силу в потоках воды и воздуха, в горючем материале, мы имели бы бесконечный источник, из которого могли бы бесконечно черпать.”

Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций :

1). подъём воды с помощью архимедова винта;

2). подъём воды с помощью капилляров;

3). использование колеса с неуравновешивающимися грузами;

4). природные магниты;

5). электромагнетизм;

6). пар или сжатый воздух.

Идея вечного движения была очень популярна в средние века. Обладание таким секретом такого двигателя казалось более заманчивым, чем даже искусство делать золото из недрагоценных металлов. Множество людей занималось этой неразрешимой проблемой. Среди них были даже люди с неплохим по тем временам образованием. Известно, что множество трудов Ньютона содержат конструкции вечного двигателя. В записях Леонардо да Винчи тоже были найдены несколько набросков perpetuum mobile.

Наиболее часто встречающаяся модель вечного двигателя, до сих пор возрождающаяся в различных вариациях благодаря горе-изобретателям, основана на применении колеса с неуравновешенными грузами.

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 перетягивать левую и тем самым заставлять колесо вращаться. Значит, колесо будет вращаться вечно, по крайней мере до тех пор, пока не перетрётся ось. Так думал неизвестный изобретатель. Но этого не будет происходить, и вот почему : хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, но неизбежно такое положение, когда число этих грузов меньше, чем на левой. Тогда система уравновешивается, следовательно, колесо не будет вращаться, а, сделав несколько качаний, остановится.

Некоторые изобретатели вечных двигателей были просто жуликами, ловко надувавшими легковерную публику. Одним из наиболее выдающихся “изобретателей” был некий доктор Орфиреус (настоящая фамилия -- Бесслер). Перепробовав множество занятий, он пришёл к изобретению вечного двигателя. Основным элементом его двигателя было большое колесо, которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжёлый груз на значительную высоту. Этот доктор имел множество высокопоставленных покровителей, таких как польский король Август II, ландграф Гессен-Кассельский. Последний предоставил изобретателю свой замок и всячески испытывал машину. Этим двигателем заинтересовался и Пётр I, который подумывал о его приобретении. Однако Орфиреус соглашался продавать машину не менее чем за 100000 рублей, из чего следует, что он получал весьма не маленький доход от нее. Он был, пожалуй, самым удачливым авантюристом, так как безбедно прожил до старости, получая немалый доход от показа машины. Однако его “вечный двигатель” оказался далеко не вечным -- его приводили в действие брат и служанка, дёргая за искусно спрятанный шнурок.

Другим примером вечного двигателя может служить следующая машина. Масло или вода, налитое в сосуд, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями -- ещё выше; верхний сосуд имеет жёлоб для стока масла, которое падает на лопатки винта, приводя его во вращение. Стёкшее вниз масло снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя масла, стекающая по желобку на колесо, ни на секунду не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении... Но здесь кроется ошибка : почему изобретатель думает, что масло должно стекать вниз с верхней, загнутой части фитиля ? Капиллярное притяжение, преодолев силу тяжести, подняло жидкость вверх по фитилю; но ведь та же причина удерживает жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд мнимой вертушки от действия капиллярных сил может просочиться жидкость, то надо будет признать, что те же фитили могут перенести её обратно в нижний с помощью тех же сил.

Этот проект напоминает другой, изобретённый ещё в 1575 году итальянским механиком Страдою Старшим, и затем повторявшийся во многочисленных вариациях. Архимедов винт, вращаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струёй, ударяющей в лопатки водяного колеса. Водяное колесо вращает точильный камень и одновременно двигает ... тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт поворачивает колесо, а колесо -- винт !..

В истории изобретений вечного двигателя магнит сыграл не последнюю роль. Вот пример такого двигателя, описанного в XVII веке епископом Джоном Вилкенсоном.

Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных жёлоба, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части, а нижний изогнут. Если на верхний жёлоб положить небольшой железный шарик, то вследствие притяжения магнитом он покатится вверх, однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний жёлоб , скатится по нему, поднимется по конечному закруглению и вновь попадёт на верхний жёлоб. Таким образом, шарик будет бегать непрерывно, осуществляя тем самым вечное движение.

Здесь сразу видна вся абсурдность этого изобретения. Почему шарик будет скатываться вниз? Он скатывался бы, если бы был только под действием силы тяжести. Но на него действует магнит, который тормозит его спуск, и следовательно, шарик не будет иметь достаточно энергии для того, чтобы подняться по закруглению и начать цикл сначала.

Большую популярность получила у изобретателей вечного двигателя идея соединения динамо-машины с электромотором. Все подобные проекты сводятся к следующему -- надо шкивы динамо-машины и электромотора соединить ремнём, а провода от динамо-машины подвести к электромотору. После первоначального импульса машины начнут вырабатывать энергию, и это будет продолжаться до бесконечности. Здесь всё сводится к тому, что если бы не было трения, они бы действительно вращались вечно. Но странно, что изобретателям не приходит в голову другой проект -- соединить два шкива ремнём и дать толчок. Первый шкив, вращаясь, будет двигать второй, а второй, в свою очередь, сообщать энергию на движение первому.

Все вышеприведённые двигатели являлись двигателями первого рода, то есть такими двигателями, которые нарушают первое начало термодинамики. Согласно первому закону термодинамики мы имеем

Любая машина может совершать работу над внешними телами только за счёт получения извне количества теплоты Q (то есть энергии) или уменьшения своей внутренней энергии U.

Сравнительно мало предпринималось попыток создания вечных двигателей второго рода. Для работы обычного теплового двигателя необходимо иметь нагреватель и холодильник. Очень заманчивой кажется задача создания тепловой машины, которая могла бы совершать механическую работу с использованием нагревателя.

Можно подсчитать, что при охлаждении мирового океана только на один градус можно получить энергию, достаточную для обеспечения всех потребностей человечества при современном уровне её потребления на 14000 лет.

Возможность создания такой машины, называемой вечным двигателем второго рода, не противоречит первому закону термодинамики. Однако все известные на сегодня результаты опытов свидетельствуют о том, что создание вечного двигателя второго рода, является столь же неразрешимой задачей, как и изготовление вечного двигателя первого рода. Этот опытный факт принят в термодинамике в качестве второго основного постулата - второго закона термодинамики.

Теплопередача самопроизвольно происходит только в одном направлении - от горячего тела к холодному. Значит, чтобы энергия теплового движения молекул воды мирового океана превратилась в механическую энергию, необходимо иметь рабочее тело, температура которого ниже температуры воды в океане.

Из этого следует, что неосуществим термодинамический процесс, в результате которого происходила бы передача тепла от одного тела к другому, более горячему, без каких-либо других изменений в природе. Иначе говоря, невозможно построить периодически действующую машину, которая непрерывно превращала бы теплоту в работу только за счёт охлаждения одного тела, без того чтобы в окружающих телах не произошло одновременно каких-либо изменений.

Физический смысл второго закона термодинамики заключается в том, что энергия теплового движения молекул вещества в одном отношении качественно отличается от всех других видов энергии - механической, электрической, химической, ядерной и т.д. Это отличие заключается в том, что энергия любого вида, кроме энергии теплового движения молекул, может полностью превратиться в любой вид энергии, в том числе в энергию теплового движения. Энергия же теплового движения молекул может испытать превращение в любой другой вид энергии лишь частично. В результате этого любой физический процесс в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в энергию теплового движения молекул, является необратимым процессом, т.е. он не может быть осуществлён полностью в обратном направлении.

Перпетуум мобиле - вечный двигатель - романтическая мечта подвижников, пытавшихся дать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, так никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, вот-вот должны были заработать, но почему-то оставались в неподвижности; разбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но из-за чего всё это происходило ? Из-за незнания элементарных физических законов, из-за желания из ничего получить всё. До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройствами, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой идее вечного двигателя кроется какая-то тайна, что-то, что заставляет людей искать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек...

2. «Колесо истории»

Едва ли не ежедневно мы совершаем массу ошибок, больших и малых, имеющих печальные последствия и не имеющих; мы глубоко убеждены в каких-либо ложных положениях и отрицаем то, что со временем оказывается истиной. Впрочем, без этого наша жизнь вполне могла бы утратить какие-то привлекательные черты: скучно жить в мире, населенном безошибочными, бездушными автоматами... Некоторые из человеческих заблуждений оказались настолько крепкими и долговечными, что даже получили "титул" величайших. Всего их семь. Вот они: квадратура круга, трисекция угла, удвоение куба, подвижность ртути, философский камень, эликсир жизни и -- вечный двигатель Вернадский В.И Труды по истории науки в России.

Первые три -- знаменитые геометрические задачи древности -- ждали своего решения несколько тысяч лет. Их неразрешимость была доказана окончательно лишь в XIX веке. Ушли в прошлое попытки найти философский камень -- средство, позволяющее любые металлы превращать в золото, так как подобный способ был найден современной наукой, но оказался чересчур громоздким и потому нерентабельным. Что же касается вечного двигателя, perpetuum mobile, то несмотря на открытие в середине того же XIX века закона сохранения энергии, полностью исключающего возможность создания такого устройства, попытки работы в этой области продолжаются и в наши дни.

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 Горелов А.А Концепции современного естествознания. 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 Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. . Но... проекты продолжали поступать.

Вот один из древнейших проектов вечного двигателя. 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 перетрется 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, но справа всего 4 груза, слева же -- 8. Оказывается, что вся система уравновешивается; естественно, что колесо вращаться не станет, а, сделав несколько качаний, остановится. Математически положение равновесия колеса можно определить с помощью уравнения моментов. Колесо с перекатывающимися в нем 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 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 I. Колесо Орфиреуса (настоящая фамилия которого была Бесляр) не только вращалось, но при этом поднимало 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. Он поселил его к себе в замок, где всячески испытывал машину.

Так, в 1717 году, 12 ноября, 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 "с неослабевающей быстротой..." 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.

Петр 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 Беслера к себе на службу и поручил запросить о нем мнение Христиана Вольфа, известного философа того времени (учителя Ломоносова).

Знаменитый изобретатель отовсюду получал лестные предложения. 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 Беслера в плутовстве; предлагалась премия в 1000 марок тому, кто разоблачит этот обман. В одном из памфлетов, написанных с обличительной целью, был обличающий во лжи рисунок. Тайна "вечного двигателя", по мнению разоблачителя, кроется просто в том, что спрятанный человек тянет за веревку, намотанную незаметно для наблюдателя на часть оси колеса, скрытую в стойке. 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 Перельман Я. И. Занимательная физика. .

Столько внимания колесу Орфиреуса мы уделили потому, что это был, пожалуй, единственный "вечный двигатель", принесший хоть какие-нибудь практические результаты, хотя бы в плане обогащения его создателя. Вечный двигатель некоего Гертнера, славившийся в Германии в те же времена, уже не производил такого же эффекта. Посланец Петра I, Шумахер, 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 инвентора (изобретателя) не может весьма велика сделаться... Французские и английские ученые... ни во что почитают все оные перепутум мобилес и сказывают, что оное против принципиев математических" Горелов А.А Концепции современного естествознания. Что же касается различных скрытых механизмов, движущие некоторые из "вечных двигателей", пожалуй, остроумнее всех поступил некий изобретатель, показывавший свое изделие в шестидесятых годах позапрошлого 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... Кабардин О. Ф. Физика : Справочные материалы. 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, не 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. Эта же причина удержит жидкость в порах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если допустить, что в верхний сосуд на действия капиллярных сил может попасть жидкость, то надо будет признать, что те же фитили, которые будто бы доставили её сюда, сами же и перенесли бы её обратно в нижний. 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. Водяное колесо вращает точильный камень, а одновременно двигает, с помощью ряда зубчатых колес, тот самый Архимедов винт, который поднимает воду в верхний бак. Винт вращает колесо, а колесо -- винт!.. Если бы возможны были подобные механизмы, то проще всего было бы устроить так: перекинуть веревку через блок и привязать к его концам одинаковые гири; когда один груз опускался бы, он приподнимал бы тем самым другой груз, а тот, опускаясь с этой высоты, поднимал бы первый. Чем не вечный двигатель? Англичанин Джон Вилкенс, епископ в Честере, описал в XVII веке проект магнитного perpetuum mobile. Сильный магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных желоба и, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней части. Если -- рассуждал изобретатель -- на верхний желоб положить небольшой железный шарик в точке, то вследствие притяжения магнитом А шарик покатится вверх; однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний желоб М, покатится по нему вниз, поднимется по закруглению и снова попадет на верхний желоб, чтобы начать движение сначала. Таким образом, шарик безостановочно будет бегать взад и вперед, осуществляя вечное движение. Абсурдность этого изобретения указать нетрудно. Почему изобретатель думал, что шарик, скатившись по желобу до его нижнего конца, будет ещё обладать скоростью, достаточной для поднятия его вверх по закруглению? Так было бы, если бы шарик катился под действием одной лишь силы тяжести, но он ведь находится под действием сразу двух сил -- тяжести и магнитного притяжения. Последняя по предположению настолько значительна, что может заставить шарик подняться от точки . Поэтому по желобу М шарик будет скатываться не ускоренно, а замедленно, и если даже достигнет нижнего конца, то во всяком случае не накопит скорости, необходимой для поднятия по закруглению. 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 Горелов А.А Концепции современного естествознания .

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. Прекрасным примером может служить тот способ, с помощью которого Симон Стевин, замечательный голландский ученый конца XVI и начала XVII века, открыл закон равновесия сил на наклонной плоскости. Этот математик и инженер заслуживает гораздо большей известности, нежели та, какая выпала на его долю, потому что он сделал много важных открытий, которыми мы теперь постоянно пользуемся: изобрел десятичные дроби, ввел в алгебру употребление показателей, открыл гидростатический закон, впоследствии вновь открытый Паскалем.

Закон равновесия сил на наклонной плоскости он открыл, не опираясь на правило параллелограмма сил, единственно лишь с помощью чертежа, изображенного на титульном листе его книги "Математические мемуары" (1586 год). Через трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров. Что произойдет с этой цепью? Нижняя часть, свисающая гирляндой, уравновешивается сама собой. Но остальные две части цепи -- уравновешивают ли друг друга? Иными словами: правые два шара уравновешиваются ли левыми четырьмя? Конечно, да, -- иначе цепь сама собой вечно бежала бы справа налево, потому что на место соскользнувших шаров всякий раз помещались бы другие и равновесие никогда бы не восстанавливалось. Но так как мы знаем, что перекинутая указанным образом цепь вовсе не движется сама собой, то, очевидно, два правых шара действительно уравновешиваются четырьмя левыми. Получается словно чудо: два шара тянут с такой же силой, как и четыре. Из этого мнимого чуда Стевин вывел важный закон механики. Он рассуждал так: одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз длинная грань призмы длиннее короткой. Отсюда вытекает, что и вообще два груза, связанных шнуром, уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если веса их пропорциональны длинам этих плоскостей. В частном случае, когда короткая плоскость отвесна, мы получаем известный закон механики: чтобы удержать тело на наклонной поверхности, надо действовать в направлении этой плоскости силой, которая во столько раз меньше веса тела, во сколько раз длина плоскости больше её высоты.

Так, исходя из мысли о невозможности вечного двигателя, сделано было важное открытие в механике. Однако проекты продолжали поступать.

Видя тяжелую цепь, перекинутую через колеса так, что правая половина при всяком положении должна быть длиннее левой., Это -- тоже " perpetuum mobile ". Правая половина цепи длиннее и, следовательно, тяжелее левой, значит, она должна перевешивать и безостановочно падать вниз, приводя в движение весь механизм.

Но мы только что видели, что тяжелая цепь: может уравновешиваться легкой, если силы действуют на них под разными углами. В рассматриваемом механизме левая цепь натянута отвесно, правая же расположена наклонно, а потому она, хотя и тяжелее, всё же не перетягивает левую. Ожидаемого вечного движения здесь получиться не может.

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 и 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.

3 Стоит ли изобретать вечные двигатели?

Среди большого и все возрастающего числа изобретателей всегда находятся увлеченные мечтатели или максималисты, которые пытаются создать вечные двигатели, "перпетуум мобиле". Это слово произошло от латинского perpetuum mobile, что означает вечно движущееся или вечный двигатель. Истории известны многие тысячи таких "открытий" и связанных с ними судеб, их неистово увлеченных авторов, наполненных радостями творчества, восторгами полученных сопутствующих побочных результатов и горькими разочарованиями за несостоявшиеся результаты.

Пока еще никому не удалось сконструировать вечный двигатель, и составить рецепт эликсира бессмертия. Но при этом, сам собой напрашивается вопрос: так стоит ли вообще тогда заниматься изобретением "вечного" двигателя? Но многовековая мировая и отечественная история работы над "вечным" двигателем не позволяет дать скоропалительный, а может быть, и легкомысленный ответ.

Если обратиться с этим вопросом к популярным книгам и сугубо научным историческим источникам, к простым безвестным инженерам или известнейшим мэтрам науки, то никогда не получить на него однозначного ответа. Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель.

Одними из первых, кто открыл эпоху создания "вечных двигателей" были алхимики (здесь под термином "вечный двигатель" подразумевается не только техническое устройство, а любой объект творческой и изобретательской деятельности, обладающий свойствами "абсолютности", "вечности"). "Химия - дочь алхимии" - так высоко оценил роль алхимии, одного из самых ложных учений среди многих лжеучений прошлой поры, гений русской и мировой математики Николай Лобачевский. Эта "наука" родилась еще в первых столетиях нашей эры в Египте, перекинулась на другие страны и была узаконена арабами. Они присоединили к более раннему термину "химия" (наука о превращениях веществ) артикль "ал" и тем самым ввели алхимию в круг других наук, известных на Земле к тому времени. В основу своих воззрений алхимики взяли убеждение в одушевленности металлов. Якобы металлы все время "растут" и "созревают" в лоне Земли, чем и обусловлены их превращения.

Еще со времен средневековых алхимиков, открывших в поисках "философского камня" много новых и ценных химических веществ, история хранит немало примеров, когда азартная погоня за призраком приводила к важным изобретениям, не имевшим иногда никакой видимой связи с намерениями искателей. Так, американский наборщик Хьятт, обуреваемый благим желанием искусственно создать слоновую кость для биллиардных шаров (за это была обещана огромная премия), изобрел в 1863 году первую в мире пластмассу, которая под именем целлулоида получила широчайшее применение и быстро распространилась.

Любой творческой находке предшествует обычно довольно длительная, порой мучительная стадия поисков. Обостренная избирательность и особая зоркость нередко позволяют первооткрывателю добиться цели, пользуясь доступными и широко известными сведениями.

Свою задачу алхимики усматривали в содействии с помощью некоего эликсира бессмертия, философского камня естественному взрослению металлов, которые проходят те же, что и человек, ступени судьбы. Заветная цель - вырастить из недозрелых состояний - зрелые, из неблагородных металлов - благородные (из меди - золото, из железа - серебро).

Сейчас очевидно, что это утопия. Но овладев умам, алхимиия, увлекла их жаждой поиска и проложила первые тропинки к большой и истинной науке. Расцвет алхимии пришелся на 15 - 17-й век, и это как раз в то время, когда она жестоко преследовалась церковью. Многие ученые того времени, обвиненные в занятиях черной магией и распространении учения Сатаны, закончили свою жизнь в тюрьмах и даже были казнены.

В то же время, алхимия помогла людям открыть немало секретов природы, принесших пользу человечеству. Люди научились делать сплавы, различные красители, стекло.

Немецкий алхимик Бранд, пытаясь добыть философский камень, открыл новый химический элемент фосфор. В другое время немецкие же алхимики "варили" (в 1710 году) в одной из примитивных лабораторий золото. Естественно, что это им сделать не удалось, зато они изобрели фарфор знаменитой саксонской марки. Перельман Я. И. Занимательная физика

Одно из направлений поисков творцов, энтузиастов и упорных изобретателей - это создание, разработка "абсолютного двигателя", "вечного двигателя", который, будучи однажды запущен в действие, совершал бы работу неограниченно долгое время без привлечения энергии со стороны.

Первое упоминание о вечном двигателе ученые обнаружили в древней санскритской рукописи "Сиддхантасиромани", написанной великим индийским математиком Бхаскаром примерно в 1150 году. В этой книге рассказано о колесе, которое имело специальные полости, заполненные ртутью. Утверждалось, что если такое колесо закрепить на оси и придать ему первоначальное вращение, то оно в дальнейшем будет вращаться вечно.

Аналогичное колесо было описано и в астрономическом кодексе короля Кастилии Алфонса Великого, относящемся к 1272 году.

В арабской рукописи 1200 года, написанной Фахр ад дин Ридвана бен Мухаммедом, изложено три разных конструкции вечных двигателей.

Изыскания в этой области особенно активизировались в 16 веке, когда началось бурное развитие машинного производства.

В изданной в начале этого века книге итальянского врача, философа и алхимика Марко Антонио Зимара "Пещера медицинской магии" описана "вечная ветряная мельница". Этот изобретатель предложил поставить напротив лопастей колеса ветряной мельницы кузнечные меха (воздушные насосы), приводимые в действие самим колесом. Зимара, по-видимому, был уверен, что воздух, выходящий из мехов, способен вращать то же самое мельничное колесо, которое и приводит в движение эти меха.

В литературных источниках тех времен содержатся описания "вечных двигателей", основанных на использовании энергии воды. Основным элементом таких двигателей являлся спиральный водяной подъемник, так называемый, архимедов винт. При этом идея вечного движения казалась чрезвычайно простой: архимедов винт поднимает воду из резервуара на какую-то высоту, эта вода падает на лопасти водяного (мельничного) колеса, которое при этом вращается и, в свою очередь, приводит в движение архимедов винт.

Гипотеза создания идеально экономичной машины занимала тогда и сейчас занимает умы не только мечтателей - самоучек, но и умы многих видных ученых. Понятно, что вечный двигатель так и остался "работающим" лишь в воображении его творцов. Хотя их замыслы и были утопичны, попытки материализовать идею, споры вокруг нее принесли немало интересных теоретических и конструктивных решений, позволили выявить новые закономерности, увидеть ранее неизвестные процессы.

Приведем исторический факт, произошедший с нидерландским математиком С.Стевиным в 1857 году. Работая над вечным двигателем он поставил такой эксперимент. Соединив 14 шаров в одну цепь, он накинул ее на трехгранную призму в надежде, что шары, скатываясь по наклонной грани, вовлекут в движение всю цепь и создадут за счет этого непрерывное ее вращение. Но несмотря на страстное желание изобретателя, шары не захотели непрерывно вращаться, а неподвижно зависали в накинутом на призму положении. Зато эта неподвижная система навеяла ему идею равновесия. Данный результат и вошел в научную терминологию как закон равновесия сил на наклонной плоскости.

Рассмотрим исторические примеры некоторых вечных двигателей. На рисунке изображен мнимый самодвижущийся механизм - один из древнейших проектов вечного двигателя.

В его теле имеется ряд улиткообразных камер, в каждую из которых помещен тяжелый груз-шар. Изобретатель воображал, что шары с одной стороны колеса (например, с правой) всегда находятся ближе к краю обода колеса, чем с левой, и своим весом заставят колесо бесконечное время вращаться, стоит лишь один раз подтолкнуть его в направлении движения по часовой стрелке. Ясно, что при демонстрации этого чуда произошел конфуз - колесо всякий раз после его запуска останавливалось.

Этот пример пришел в нашу литературу из Западной Европы. Однако нечто подобное имело место и в практике российских изобретателей - самоучек. Интересный эпизод неудачной демонстрации такого вечного двигателя можно найти в рассказе нашего соотечественника - писателя Н.Е.Петропавловского с символическим названием "Perpetuum mobili". Вот как он образно рассказывает об изобретателе - крестьянине из Пермской губернии Лаврентии Голдыреве, изображенном в этом рассказе под псевдонимом Пыхтин.

"Перед нами стояла странная машина больших размеров, с первого взгляда похожая на тот станок, в котором подковывают лошадей; виднелись плохо тесаные деревянные столбы, перекладины и целая система колес, маховых и зубчатых; все это было неуклюже, не обстругано, безобразно. В самом низу, под машиной, лежали какие-то чугунные шары; целая куча этих шаров лежала и в стороне.

- Это она и есть? - спросил управляющий.

- Она - с...

-Такое чудовище! Ты бы хоть немного обтесал ее.

- Да, она точно ... не обтесана малость.

- Что же, вертится она? - спросил управляющий.

- Как же, вертится ...

- Да у тебя есть лошадь, чтобы вертеть-то ее?

- Зачем же лошадь? Она сама, - отвечал Пыхтин и принялся показывать устройство чудища.

Главную роль играли те чугунные шары, которые были сложены тут же в кучу. Вернадский В.И Труды по истории науки в России.

- Главная сила в этих вот шарах ... Вот глядите: наперво шар бухнется на этот черпак ... отсюда свистнет, подобно молнии, вон по этому желобу, а там его подденет тот черпак, и он перелетит, как сумасшедший, на то колесо и опять даст ему хорошего толчка, - такого то-есть толчка, от которого он зажужжит даже... А пока этот шар лежит, там уже свое дело делает другой... Там уж он опять летит ... бросится на тот черпак, перескочит на то колесо и опять р-раз! Так и далее. Вот она в чем штука- то ... Вот я пущу ее...

Пыхтин торопливо метался по сараю, собирая разбросанные шары. Наконец, свалив их в одну кучу подле себя, он взял один из них в руку и с размаху бухнул его на ближайший черпак колеса, потом быстро другой, за ним третий... В сарае поднялось что--то невообразимое: шары лязгали о железные черпаки, дерево колес скрипело, столбы стонали. Адский свист, жужжание, скрежет наполнили полутемное место ... "

Как нам нетрудно догадаться, машина вращалась до тех пор, пока изобретатель продолжал подбрасывать все новые и новые шары. Сила их удара и вес были единственным источником работы мнимого вечного двигателя. И Пыхтин невольно сказал правду, что "главная сила в этих вот шарах".

Рассказывают, что позднее изобретатель глубоко разочаровался в своем детище, когда он представил его на промышленную выставку в г.Екатеринбург и впервые увидел настоящие действующие машины. Когда посетители выставки попросили его рассказать об изобретенной им "самодвижущейся машине", он в отчаянии произнес: - "Да ну ее к шуту! Прикажите изрубить ее на дрова ... " Любопытно узнать, что "вечные двигатели" разрабатывались не только учеными и любителями-изобретателями, но и предпринимателями-шарлатанами. Последних соблазняли возможные баснословные барыши, некоторые из них рисковали своими деньгами, а иногда и теряли их, когда такого двигателя на получалось. В ряде случаев шарлатаны-изобретатели вынуждены были даже скрываться, когда их технические фокусы не удавались или разоблачались.

Однажды на такую тонкую уловку чуть было не попался царь Петр I, хорошо разбиравшийся в технике и собиравший через своих посланцев редкостные поделки на Западе. В те петровские времена в Германии некий доктор Орфиреус (Беслер) изобрел "самодвижущееся колесо", которое будто бы не только вращалось само собой, но и поднимало при этом тяжелый груз на значительную высоту. С этим колесом его автор путешествовал по Европе по выставкам и ярмаркам и зарабатывал очень большие деньги. Великие мира сего осыпали его высокими милостями, поэты слагали оды и гимны в честь его волшебного колеса. Весть об изумительном изобретении Орфиреуса дошла до Петра 1, сильно падкого до всяких "хитрых махин". Через своего российского дипломата царь предварительно сговорился о покупке этой машины за сто тысяч рублей, но только до сделки дело не дошло из-за смерти царя. Между тем, у знаменитого изобретателя были и недруги, которые изобличили его в обмане. А многолетняя тайна заключалась в том, что в действительности "вечный двигатель" приводился в движение его братом и служанкой, спрятанными в соседней комнате, незаметно и периодически сообщающими колесу энергию вращения через рычаги и тонкий шнурок.

Более безобидным представляется использование "вечных двигателей" в рекламных целях. Об одном из таких примеров их "применения" рассказал автор широко известных и увлекательных книг по физике, астрономии и математике Я.И.Перельман. В одном из крупных кафе в Лос-Анджелесе (Америка) для привлечения внимания публики на входной гигантской рекламе был установлен "вечный двигатель" в виде колеса с перекатывающимися шарами (подобно тому, что приведен на рисунке). Этот двигатель незаметно приводился в действие искусно скрытым электродвигателем, хотя всем прохожим и посетителям казалось, что колесо двигают перекатывающиеся в прорезях тяжелые шары. Рабочие - слушатели школы Я.И. Перельмана - были страшно поражены увиденным и не хотели верить доказательствам учителя о невозможности вечных двигателей. Учителя выручило только то, что в городе в выходные дни электрическая сеть полностью отключалась. Зная об этом, он посоветовал слушателям наведаться к витрине в эти дни. Последовав его совету, они увидели, что по выходным дням двигатель не работал и предусмотрительно прикрывался занавеской. И за счет этого, как шуточно пишет автор, закон сохранения энергии вновь завоевал доверие слушателей.

Важно отметить, что открытиями вечных двигателей, как правило, занимаются "бессребряники", т.е. люди, которые это делают не ради корысти, не ради денег, не ради золота, а в силу своей творческой увлеченности, своего новаторского призвания. Яркой иллюстрацией сказанного может служить ученый - алхимик Бертольд, описанный А.С.Пушкиным в его прозаическом произведении "Сцены из рыцарских времен". Бедный ученый Бертольд делает бесконечные опыты по получению золота из разных химических элементов. Его многообещающие опыты поддерживает кредитами богатый купец Мартын в надежде на успех изобретателя. В одном из диалогов между ними Мартын спрашивает: "Если твой опыт тебе удастся и у тебя будет золота и славы вдоволь, будешь ли ты наслаждаться жизнью?" В ответ ему Бертольд говорит: "... Займусь еще одним исследованием. Мне кажется, есть средство открыть перпетуум мобиле. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человеческому. Видишь ли, добрый мой Мартин, делать золото задача заманчивая, но найти перпетуум мобиле... О!" Можно при этом упомянуть, что А.С.Пушкин написал это произведение под впечатлением незадолго изобретенного до этого (в 1834 году) в Санкт-Петербурге академиком Борисом Семеновичем Якоби, которого он знавал лично, первого электрического приводного двигателя. Этот двигатель, питающийся на постоянном токе от батареи Вольта, настолько поразил своей новизной и оригинальностью просвещенных современников, что они долгое время называли его "перпетуум мобиле". Кабардин О. Ф. Физика : Справочные материалы.

Живет в Самаре интереснейший человек - изобретатель Александр Степанович Фабристов, которому ныне перевалило за 80 лет. Еще в молодости он увлекся идеей вечного двигателя, много сочинил его конструкций, создал много образцов, но все неудачно. И только лет 10 назад создал, наконец, устройство, которое он называет "вечный двигатель", и которое, как он убежден, способно вырабатывать "бесплатную" энергию только за счет сил гравитации. Его устройство не так уж хитро по конструкции и состоит из 8 металлических "стаканов", укрепленных на крестовине, из свинцовых уголков, храповиков и двух шестеренчатых дуг. "Стакан", прикрепленный к крестовине, движется по кругу, проходит через одну дугу - угольник внутри перемещается и силовое плечо становится больше. Проходит через другую - угольник встает на прежнее место. Так, что получается, что у четырех "стаканов" с одной стороны масса значительно больше, чем у стаканов с другой, из-за действия сил гравитации. К сожалению его "вечный двигатель" не запатентован, и не апробирован, так как и наш российский институт патентной экспертизы не принимает к рассмотрению проекты таких двигателей.

Создать же опытный образец изобретателю - одиночке не под силу, а промышленным предприятиям вроде бы и неприлично заниматься разными выдумками. А ведь, по идее, это экологически чистый двигатель, не портящий ландшафт и природу, не загрязняющий атмосферу.

Прослеживая историю, можно заметить, что одни изобретатели и ученые горячо верили в возможность создания вечного двигателя, другие - упорно сопротивлялись этому, отыскивая все новые истины. Галилео Галилей, доказывая, что любое имеющее тяжесть тело не может подняться выше того уровня, с которого оно упало, открыл закон инерции. Таким образом, польза для науки шла как со стороны верующих, так неверующих. Известный физик, академик Виталий Лазаревич Гинзбург считал, что по-существу, идея вечного двигателя была научной. Плохо ли, хорошо ли, но она готовила благодатную почву грядущим естествоиспытателям для постижения более высоких истин. Как хорошо сказал томский профессор, философ А.К.Сухотин:"... неуклонно подогревая интерес, идея вечного двигателя стала своего рода идейным двигателем вечного сгорания, подбрасывающим свежие поленья в топки ищущей мысли".

Тем временем, из-за большого числа заявок изобретателей на выдачу патентов на придуманные ими вечные двигатели, ряд национальных патентных ведомств и академий наук зарубежных стран (в частности, Парижская академия наук приняла запрет еще в 17-м веке), приняли решение вообще не принимать к рассмотрению заявки на изобретения абсолютного двигателя, поскольку это противоречит закону сохранения энергии.