Перпетуум мобиле что это такое?

Перпетуум мобиле — что это такое, характеристики и особенности

Золотой мечтой человечества во все века было создать такое устройство, которое производило бы работу, ничего при этом не потребляя и не расходуя собственных ресурсов, — вечный двигатель (перпетуум мобиле на латыни).

Первые описания подобного устройства встречаются в древних арабских и индийских рукописях.

Возникает вопрос: перпетуум мобиле — что это такое?

Двигатель Бхаскары

Индийский астроном и математик Бхаскара, живший в XII веке и написавший ряд дошедших до нас работ по астрономии и математике, предложил один из первых вариантов перпетуум мобиле. Описание вечного двигателя дошло до нас в одном из его стихотворений. Вечный перпетуум мобиле представлял собой колесо, к диагональным спицам которого были прикреплены сосуды со ртутью. При вращении колеса ртуть перетекает в сосудах, изменяется центр тяжести, и колесо должно вращаться само по себе непрерывно.

Перпетуум мобиле — что это такое? Цель, к которой надо стремиться, или нечто невозможное?

Изобретатели вечного двигателя

Счет изобретателям вечного двигателя идет на тысячи. Попытки создать его предпринимали и великие люди. Среди эскизов Леонардо да Винчи был обнаружен эскиз перпетуум мобиле. Никола Тесла и Майкл Фарадей тоже пытались создать такое устройство.

В XVIII веке алхимик и инженер Иохан Бесслер, известный также как Орфиреус, создал «действующую» модель вечного двигателя. Устройство представляло собой деревянное колесо, обтянутое тканью, с осью в центре, которое вращалось в запертой пустой комнате 14 дней. «Самодвижущиеся колесо» произвело сенсацию в обществе. Им заинтересовался даже Петр Первый, когда молва дошла до России. Орфиреус категорически отказался раскрыть секрет своего изобретения. Служанка Бесслера, поссорившись со своим хозяином, рассказала, что колесо двигали она и брат алхимика, дергая за шнурок из соседней комнаты.

В зависимости от развития науки изобретатели пытались создать двигатели с использованием магнитов, электрических батареек, водяных струй.

Аббат Джузеппе Дзамбони создал «вечный электромотор» на основе сухой батарейки без использования кислоты. Маятник на батареях Дзамбони работал несколько десятилетий, уже после смерти изобретателя.

В 1775 г. французская академия наук объявила, что не будет рассматривать более проблемы вечного двигателя и квадратуры круга.

Варианты вечных двигателей

Перечень конструкций вечных двигателей можно долго продолжать. С развитием радиотехники и электроники изобретатели пытались использовать для этого элементы электрических и радиосхем.

Среди интересных вариантов:

• Водяной винт Роберта Флада. Водяное колесо, продолжающее молоть зерно под действием рециркулирующей воды.
• Вечные часы Кокса, которые, по его словам, были созданы на основе механических и философских принципов.
• Батарейка Карпена, которая была создана в 50-х годах прошлого века и до сих пор выдает напряжение.
• Электрическая машина Ньюмана, которая, по его заявлению, выдает больше энергии, чем было затрачено.
• НЛО-двигатель Отиса Карра, который использует неизвестную науке гравитационную энергию.

Вечные двигатели первого рода

С развитием теоретической термодинамики было сформулированы три ее основных начала. В соответствии с началами термодинамики и определятся род перпетуум мобиле. Первое начало термодинамики описывает закон сохранения энергии.

И вечные двигатели, способные работать и производить энергию, ничего не потребляя, называются двигателями первого рода. Закон сохранения энергии является фундаментальным. Природа запрещает существование вечных двигателей первого рода.

Вечные двигатели второго рода

Второе начало термодинамики — это принцип, описывающий направление передачи тепла между телами. Он описывается постулатами Клаузиуса и Томсона, которые запрещают передачу тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

Вечными двигателями второго рода называют двигатели, которые используют для работы внутреннюю теплоту (энергию) замкнутой системы. Вечные двигатели второго рода — устройства достаточно хитроумные. В них не сразу можно рассмотреть нарушение физических законов. Подчас они носят очень наукообразные названия. Например, параметрическая электромашина, преобразователь тепла в электричество, мотор-альтернатор, система, создающая мощность из энергии электростатического поля, и т. п. Суть от этого не меняется.

Демон Максвелла

Для иллюстрации второго начала термодинамики и для объяснения что это такое — перпетуум мобиле, Джеймс Максвелл придумал некое фантастическое существо, которое находится в замкнутом объеме и, как мячики для пинг-понга, бросает молекулы с большой температурой в одну сторону сосуда, а с маленькой температурой — в другую. В результате одна часть сосуда нагревается, а другая охлаждается без использования дополнительной энергии. Если пренебречь энергией, которую должен получать демон Максвелла, перед нами практически вечный двигатель. Остается придумать такого демона, который бы согласился работать, ничего не потребляя. Образ демона Максвелла встречается и в литературе. В романе братьев Стругацких «Понедельник начинается в субботу» демоны Максвелла открывают и закрывают двери НИИЧАВО. Кен Кизи использовал этот образ для демонстрации взаимоотношений добра и зла в человеческом обществе. Демон Максвелла «первого рода» есть и у Станислава Лема.

Устройства, которые работают вечно, продолжают изобретать до сих пор. И некоторым удается даже получить патент. Правда, патентные бюро избегают наименования «вечный двигатель», но суть от этого не меняется. Так, в 2005 г. американец Борис Вольфсон запатентовал некое устройство на основе антигравитации, которое, ничего не потребляя, создавало бы силу тяжести на борту космических кораблей, а в 1995 г. американский патент получил наш соотечественник Александр Фролов за «устройства для создания полезной работы без применения внешних источников».

Название «перпетуум мобиле» относится не только к физике и неким конструкциям. Его можно встретить и в музыке. Так называются быстрые музыкальные пьесы, которые как бы не кончаются. Пьеса с таким названием есть и у Шопена.

При исследованиях определенных квантовых процессов иногда кажется, что закон сохранения энергии нарушается. Потом физики дают этому объяснение, но какое-то время кажется, что чудо возможно. Перпетуум мобиле — что это такое, как ни чудо!

И такое чудо существует. Это вечное стремление человека двигаться к новым горизонтам, исследовать космос, подниматься на Эверест и спускаться в Марианскую впадину.

Как работает «вечный двигатель» и примеры его конструкции

Вечный двигатель будоражит умы ученых и изобретателей всего мира. Сейчас многие одержимы им примерно так же, как в свое время алхимики были одержимы идеей получения золота из свинца. Все из-за того, что он — вечный двигатель — принесет очень много пользы не только в краткосрочной перспективе, но и на далекое будущее. Главное понимать, что вечный двигатель это не совсем то, что многие себе представляют. Это куда более продвинутая вещь, но в то же время более простая, чем принято считать. А еще есть несколько концепций такого двигателя. Давайте разберемся с некоторыми из них.

Вечный двигатель это то, что невозможно даже в теории. Он противоречит сам себе.

Можно ли запатентовать вечный двигатель

Прежде всего стоит определится, что запатентовать вечный двигатель невозможно. То есть, если вы найдете способ обмануть законы физики, вам, конечно, скажут спасибо, но коммерческих прав на свое изобретение вы иметь не будете. Максимум, вы получите Нобелевскую премию и сможете рассчитывать на всемирное уважение. Если вас это устраивает — стоит постараться и поработать в этом направлении.

Патенты на вечный двигатель перестали рассматриваться очень давно. Например, Патентное ведомство США не принимает такие заявки уже более ста лет, а Парижская академия наук с 1775 года не рассматривает проекты таких двигателей.

Что такое вечный двигатель

Если говорить о том, что такое вообще вечный двигатель, то все основные определения сводятся к тому, что это воображаемое устройство, которое работает неограниченно долго. А самое главное, у него должен быть КПД более 100%. То есть количество выдаваемой им энергии должно быть больше, чем та, которую он потребляет для работы. Это вечный двигатель первого рода.

На латыни вечный двигатель будет Perpetuum Mobile

Есть еще понятие вечного двигатель второго рода. Такой механизм должен получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу. Такой тип вечного двигателя невозможен по определению, так как это противоречит первому и второму закону термодинамики.

Может показаться, что космос в некотором роде можно назвать системой вечного двигателя, но это тоже не так. Светила рано или поздно погаснут, а планеты, спутники и галактики, которые движутся в пространстве, только кажутся вечными. На самом деле они постепенно рассеивают свою кинетическую энергию за счет сопротивления солнечного ветра, притяжения других объектов, теплового излучения и даже гравитационных волн.

Эта штука миллиарды лет крутится сама по себе, но она не может считаться вечным двигателем.

В космосе это почти незаметно, так как расстояние и размеры тел огромны, а силы сопротивления минимальны, но потеря энергии все равно есть. Проще говоря, если дать нашей планете бесконечное количество времени вращения, исключив изменения остальных факторов, рано или поздно она просто остановится. На самом деле все немного сложнее и в реальности ее притянет к Солнцу, но суть вы поняли.

Рев двигателей и комендантский час: как SpaceX вынудила жителей Техаса продать свои дома

Можно сказать, что двигатель тоже рано или поздно остановится, если дать ему бесконечно много времени (все равно мы не проверим), но именно для этого и есть требование, что вечный двигатель должен производить больше энергии, чем потреблять. Даже если он будет вырабатывать на ничтожную долю процента больше энергии, чем заберет, он сам сможет обеспечить себя ”топливом”.

Немного юмора на тему вечного двигателя. Вот он!

Как сделать вечный двигатель

В мире было предпринято бесчисленное количество попыток сделать вечный двигатель. Конструкции предлагались самые разные, но объединяло их одно — все они не прошли проверку и не стали настоящим вечным двигателем. Хотя, на первый взгляд может показаться, что некоторые предложенные ниже конструкции будут работать, но это ошибка. Максимально близко к настоящей концепции вечного двигателя может приблизиться конструкция магнитного двигателя.

Вечный двигатель на магнитах

Конструкция вечного двигателя на магнитах может показаться простой и гениальной одновременно, но в ней есть одно ”но”. Прежде всего, магнит, даже самый хороший, не может давать энергию бесконечно и его сила магнетизма со временем будет уменьшаться. В итоге, двигатель просто перестанет работать. Хотя изначально идея действительно не плохая.

Идея вечного двигателя стала активизироваться в умах изобретателей с появленим неодимовых магнитов. Их пытались применить где угодно, а Майкл Брэди даже сделал двигатель, который запатентовал, хоть и не как вечный.

Такие вещи немного завораживают:

Суть в том, что магнит притягивает расположенные на вращающемся колесе ответные части и проводит конструкцию в движение. Конструкция проста и незамысловата, но даже если не учитывать потери от трения или просто исключить их, поместив систему в вакуум, двигатель все равно не будет вечным. Как раз из-за того, что магниты со временем теряют свои свойства.

Первый вечный двигатель

В любом деле кто-то должен быть первым. Пионер был и в ”вечнодвигателестроении” — им стал индийский математик Бхаскара. Упоминание вечного двигателя встречается в его рукописях, которые датируются XII веком.

В этих рукописях математик описывает механизм, который приводится в движение за счет перетекания ртути или другой жидкости внутри трубочек, которые надо разместить по окружности колеса. Конструкция выглядит перспективной из-за того, что жидкость на одной стороне колеса всегда будет находиться дальше от его центра.

Примерно так выглядел концепт первого вечного двигателя.

В реальности такая система не работает. Если сделать только две трубочки на разных сторонах колеса, то его действительно перевесит, но когда их много, разное положение жидкости в каждом все равно уравновесит систему и вращения не будет.

У Бхаскара были последователи, которые предлагали вместо жидкости использовать меняющие свое положение грузы. Кончено, все эти проекты были обречены на провал и постепенно первоначальная идея конструкции вечного двигателя сменялась другими.

Одна из вариаций на тему вечного двигателя Бхаскара.

Вечный двигатель Архимеда

На самом деле сам Архимед не изобретал никакого вечного двигателя. Он только сформулировал закон, согласно которому и работает следующая система. С этим законом знаком каждый, кто хоть раз бросал в воду мяч, поплавок или другой надувной предмет.

Так как то, что весит меньше, чем вода, выталкивается ей, это тоже можно использовать в качестве вечного двигателя и подобные концепты были. Например, можно попробовать поместить в систему шарики, которые будут всплывать из воды и раскручивать двигатель.

В этой конструкции не учтено только то, что невозможно сдержать выду в резервуаре, а если и возможно, то она будет давить на входящие поплавки с такой силой, которую не смогут компенсировать всплывающие.

Проблема в том, что в замкнутой системе ”отработанные” шарики надо снова погружать в воду, а на это нужно больше энергии, чем появляется при всплывании. Именно поэтому система почти моментально придет в равновесие и перестанет двигаться. Если только не заставить жидкость находиться с одной стороны, то удержать ее без потерь будет невозможно. Если ее постоянно подливать, то такой механизм уже не будет соответствовать основным требованиям, предъявляемым к вечному двигателю.

Самая большая подводная лодка и история создания субмарин

Вечный двигатель на противовесах

Еще одна система вечного двигателя подразумевает использование смещенной системы, в которой подвешенные на цепь грузы должны тянуть за собой всю конструкцию.

Вот так должна выглядеть эта система и крутиться против часовой стрелки, но она очень быстро придет в состояние равновесия.

Такую конструкцию предложил нидерландский математик Симон Стевин. В цепочку должны быть объединены 14 шаров. Эту цепочку надо перекинуть через треугольную призму. Согласно задумке, с одной стороны будет в два раза больше шаров и они будут тянуть всю систему. При этом шары, которые висят снизу, не участвуют в процессе, так как уравновешены и не должны мешать работе на призме.

Звучит здорово и логично, но та часть системы, где шаров в два раза больше, имеет более пологую плоскость и составляющая силы тяжести шаров с этой стороны будет меньше. В итоге, система опять придет в равновесие и быстро остановится.

Это тоже не вечный двигатель, а просто игрушка, так как кинетическая энергия будет теряться.

Почему невозможно создать вечный двигатель

В первую очередь, создание вечного двигателя невозможно из-за того, что он нарушает многие сформулированные и проверенные столетиями (и тысячелетиями) законы физики. Выработать в результате движения больше энергии, чем затрачено на приведение системы в движение, просто невозможно.

С другой стороны, многое раньше считалось невозможным. Вдруг человечество так до сих пор и не смогло найти фундаментальную ошибку ученых прошлого? Если вы хотели попробовать — попробуйте! Если не хотели заниматься этим, но у вас есть идея, которой вы готовы поделиться, то сделайте это в нашем Telegram-чате или в комментариях к статье.

Новости, статьи и анонсы публикаций

Свободное общение и обсуждение материалов

Возможно, ограничения того, что мы можем наблюдать, просто искусственные; возможно, нет предела тому, что находится по ту сторону наблюдаемого. 13,8 миллиард…

Погаснет ли когда-нибудь Солнце? Почему пузыри круглые? Сколько лет нашей планете? Мы подобрали 10 ответов на вопросы, которые должен знать каждый и которые время от времени люди задают друг другу.

Конкорд мог долететь из Парижа до Нью-Йорка всего за 3 часа, даже самые современные самолеты преодолевают это расстояние за 9-10 часов. Почему же эти самолеты вывели из эксплуатации? А главное, могут ли они вернуться? Узнаете в этой статье.

Перпетуум мобиле – что это такое

Что означает фраза “Перпетуум мобиле”?

Перпетуум мобиле — это словосочетание часто на слуху, но мало кто знает, что оно значит.

Исходя из официальных источников, вечный двигатель — выдуманное устройство, которое не ограничено по времени в работе, а также вырабатывает много полезной энергии или тепла.

Классификация perpetuum mobile

Несмотря на надуманное существование, бесконечно работающие механизмы делят на агрегаты первого и второго рода.

Согласно закону сохранения энергии, первый вариант двигателя не может существовать, поскольку должен непрерывно работать неограниченное количество времени, без потребления энергии (топливо, электричество и прочее).

Агрегат второго рода действует бесконечно благодаря тепловой энергии, которую он потребляет из окружающего пространства. Нереальность существования обоих видов перпетуум мобиле постулируется в первом и втором законах термодинамики.

История

Идея о том, чтобы создать вечный двигатель появилась давно. Но когда именно, а также кто автор столь интересного нереального изобретения установить не представляется возможным.

Первые упоминания о perpetuum mobile датируются 12 веком и принадлежат индийскому поэту, астроному и математику Бхаскару. Кроме этого, заметки о колесе, которое бесконечно крутится, можно встретить в арабских записях, датируемых 16 веком. Многие великие умы 16-17 веков мечтали о создании вечного двигателя. Например, среди работ Леонардо да Винчи есть гравюра с изображением подобного агрегата.

Неудачные конструкции перпетуум мобиле

Самым ранним проектом двигателя считается колесо с зубьями. В углублениях конструкции размещены грузы на шарнирах. По мнению авторов, такая машина не будет останавливаться за счёт того, что грузы с правой стороны располагаются ближе к центру. Такое размещение шарниров должно способствовать постоянному движению колеса благодаря перемещению грузов. Однако проекту не суждено воплотиться в жизнь, поскольку силы с обеих сторон равны: с одной — больше рычаг, а с другой — большее количество шарниров.

Существует изображение перпетуум мобиле, за основу действия которого авторы взяли закон Архимеда. Автор, руководствуясь им, спроектировал цепь, на которой пустые ёмкости должны быть справа в воде. По мнению изобретателя, жидкость должна выталкивать детали и приводить конструкцию в постоянное движение. Однако в изобретении не было учтено, что на нижнюю центральную ёмкость оказывается только давление справа, которое уравновесит давление на остальные тела.

Псевдо перпетуум мобиле второго рода

Можно разработать конструкцию псевдовечного двигателя второго рода, который сможет работать за счёт тепла окружающей среды. Например, один край биометрической пластины закрепляется, а второй — утяжеляется.

Если подобный агрегат разместить вне помещения, то, в соответствии с изменением температуры, пластина станет менять изгиб. Если поменять утяжелитель на храповой механизм, будет механический привод, работающий от тепловой энергии окружающей среды. Но так как температура воздуха нестабильна, непрерывная работа такого механизм невозможна.

Патенты на перпетуум мобиле

В связи с тем, что вечный двигатель создать объективно не представляется возможным, патентные организации мира не рассматривают проекты конструкций, и не выдают патенты на подобные изобретения (во Франции с 1775 года, в США с 19 века). Однако, несмотря на это, разделы в Международной патентной классификации, выделенные непрерывно работающим двигателям (электродинамическим, гидродинамическим) существуют.

Известные учёные, спроектировавшие perpetuum mobile

Среди тех, кто придумал конструкцию перпетуум мобиле широко известны такие имена:

• Джузеппе Дзамбони;
• Иоганн Эрнст Элиас Бесслер.

Кроме указанных, идеей создания работающего неограниченное время двигателя «болели» Леонардо да Винчи, Пётр Первый, Майкл Фарадей, Никола Тесла, Иоганн Бесслер. При этом алхимик даже создал свой непрерывно действующий агрегат (в пустом помещении установили деревянное колесо на оси и обтянули его тканью) и заставил его непрерывно работать две недели. Однако, после его смерти секрет «вечного» двигателя Бесслера был раскрыт: брат инженера и служанка двигали колесо за шнурок, находясь в соседнем помещении. Довольно долго (не один десяток лет) проработал перпетуум мобиле Джузеппе Дзамбони — маятник на сухих батареях без кислоты (электромотор).

Вечный двигатель в искусстве

Не обошли своим вниманием агрегат и художники. Так, на довольно известной работе художника М. Эшера «Водопад» написан перпетуум мобиле, который представляет собой мельницу замкнутого типа, использующую для работы воду.

Подробнее о конструкции Бхаскары

Как было указано выше, индийский математик, астроном и поэт Бхаскара одним из первых описал вечно работающую конструкцию в своём стихотворении. Датируется произведение 12 веком. По мнению автора, агрегат должен представлять из себя колесо, оснащенное спицами, к которым прикреплены ёмкости со ртутью. Спицы, располагаясь диагонально по отношению к оси, что позволяет ртути перетекать, изменяя центр тяжести. Такая конструкция должна была обеспечить непрерывное вращение колеса.

Другие варианты неограниченно действующих агрегатов

Вечные двигатели пытались спроектировать не только в виде кольца с грузами. Так, Роберт Флад придумал колесо, которое под действием силы рециркулирующей воды перемалывает зерно.

Кокс создал вечные часы, основываясь на принципах механики и философии. В пятидесятых годах 20 века Карпен изобрёл батарейку, которая до настоящего времени не разрядилась. Ньюман спроектировал агрегат, который, по словам автора, затрачивает энергии гораздо меньше, чем потребляет.

Самым фантастическим проектом стал двигатель НЛО, изобретённый Отисом Карром. Его машина работает на гравитационной энергии, которая науке неизвестна.

Несмотря на объективную невозможность создать перпетуум мобиле, энтузиасты думают над его проектами, придумывают новые конструкции и разрабатывают машины. Насколько успешны новые изобретения – покажет время, но только в том случае, если получится преодолеть известные ныне законы физики.

Вечный перпетуум-мобиле: что это такое?

Еще одна несбывшаяся мечта человечества – перпетуум-мобиле. Что это такое? Двигатель, который никогда не остановится. Это своего рода красивый миф для представителей псевдонаук. Теоретически доказано, что существование такого двигателя невозможно, но механики-мечтатели не желают с этим соглашаться.

Литература и термодинамика

Итак, перпетуум-мобиле — что это такое? Это вечный двигатель, который, согласно первому началу термодинамики, так и останется неосуществимой мечтой человечества. Но если бы такое было возможным, то подобное устройство в соответствующих масштабах (а они будут куда больше, ибо человеческая жадность не знает границ) повлечет за собой перегрев Земли и, соответственно, ужасающие катаклизмы.

Так что лучше эту мечту крепко запечатать на страницах литературы, о чем, собственно, позаботились многие писатели. К примеру, в одном из произведений Шукшина герои говорят о вечном двигателе:

– Что за вечный двигатель?

– Ну этот – перпетуум-мобиле. Нормальный вечный двигатель, который никак не могли придумать.

Вечные двигатели: современная классификация

Вечный перпетуум-мобиле – это воображаемое изобретение, которое работает больше и потребляет энергии меньше. В современном мире принято разделять такие двигатели на два вида:

1. Вечный двигатель первого рода – это устройство, работающее без затрат энергоресурсов. И конечно, создать такое устройство невозможно.
2. Вечный двигатель второго рода – эта машина при запуске должна превращать в энергию все тепло, что ее окружает. Такой двигатель тоже создать невозможно, исходя из второго начала термодинамики.

После многократных попыток создать двигатели первого и второго рода, к слову говоря, безуспешных, начала термодинамиками решили считать постулатами, что не подвергаются сомнению.

Экскурс в историю

Кто мечтал изобрести перпетуум-мобиле? Как показывают страницы истории, создать такое устройство мечтали все: от простых крестьян до интеллигентных ученых. И даже если сегодня спросить об этом любого современного человека, то он, вне всяких сомнений, скажет, что перпетуум-мобиле – полезная вещь.

Уже с XII века, когда общество начало активно развиваться в самых разных направлениях, люди выяснили, что это такое — перпетуум-мобиле, и начали совершать первые попытки по его созданию. Все началось с водяных колес: смотря на это изобретение, человечество начало желать большей эффективности.

Сейчас уже сложно сказать, где и когда возникла идея создания вечного двигателя. Также невозможно сказать, кто первым подал такую идею. Самые ранние упоминания о вечном двигателе были найдены в записях индийского поэта и математика Бхаскара. Также к нашему времени сохранились арабские рукописи XVI века. Ученые считают, что прародина первых вечных двигателей – Индия. Примерно в 1150 году Бхаскара в одном из своих стихотворений описал колесо с прикрепленными на ободе сосудами с ртутью. Принцип действия первого перпетуум-мобиле достаточно прост. Он основан на том, что в разные моменты действует разная сила тяжести, которая создается жидкостью, что перемещается в сосудах.

В Европе о том, что такое перпетуум-мобиле, узнали в эпоху развития механики (примерно XIII век). Особо широкого распространения идея о вечном двигателе приобрела в XVI-XVII веках. Количество проектов вечных двигателей росло очень быстро, некоторые из них были созданы и оказались провальными, а некоторые так и остались нарисованными. Например, как чертежи вечного двигателя Леонардо да Винчи.

Спорные вопросы

Каждый физик подтвердит: двигатель, который уже единожды был приведен в движение и удерживается в этом состоянии самостоятельно и постоянно, – это перпетуум-мобиле, что уже является поводом для возникновения множества полемических вопросов.

Одна из самых примечательных проблем – это сохранение вечного движения. То есть двигатель нужно было бы поддерживать в состоянии прочности, ведь как ни посмотри, а физические предметы имеют свойство изнашиваться.

Второй вопрос возник на почве так называемой «внутренней ценности». Ученые постоянно спорили о том, какой двигатель можно назвать вечным. Например, устройство, которое при полной сборке сразу же начнет работать само по себе, или же то, которое необходимо запустить вручную.

В первой половине XIX века Иоганн Фон Поппе сделал интересное для своего времени заключение: «Перпетуум-мобиле – это химера, что завела в трясину безысходности многих ученых. Если понимать под вечным двигателем объект, что все время без дополнительной внешней энергии пребывает в постоянном движении, а значит, не подвергается обычной земной бренности, то каждый разумный человек уяснит для себя, что существование такой вещи невозможно. Но если назвать вечным двигателем прибор, который способен постоянно восстанавливать первопричину своего движения без внешнего вмешательства до момента, пока он не остановится от износа, то его изобретение вполне возможно».

В Средневековье создание вечного двигателя было окутано покровом тайны, из-за чего вокруг возникало множество домыслов и суеверий. Некоторые ученые считали перпетуум-мобиле настолько же значимым, как философский камень.

Неудачные попытки

Самая древняя конструкция вечного двигателя похожа на зубчатое колесо: в его углублениях были прикреплены грузы, что откидывались на шарнирах.

Их геометрия очень проста: грузы с левой части ближе к оси, чем грузы с правой. В теории, согласно закону рычага, это должно было приводить колесо в движение. По замыслу, во время вращения грузы должны были бы откидываться справа и сохранять силу, направленную на движение. Вот только есть одно маленькое «но»: автор не учел того, что грузы справа хоть и имеют более длинный рычаг, уступают по количеству грузам слева, поэтому если такое колесо изготовить, оно будет неподвижным, так как момент силы с двух сторон идентичен.

Этот опыт был не единственным в истории проб и ошибок по созданию вечного двигателя.

Иллюзия

Попытки создавать перпетуум-мобиле — вечный двигатель, фото которого представлены в статье, длились вплоть до конца XVII века. В это время Кардано и Галилей начинают настаивать на том, что создать такое устройство невозможно. Стивен Симон, прислушиваясь к самым противоречивым мнениям, открывает закон о равновесии плоскости наклона. Это позволило обосновать закон сложения трех сил по треугольнику. На основании новых законов и результатов экспериментов к концу XVIII века основная часть ученых делает вывод о том, что перпетуум-мобиле – это всего лишь несбыточная иллюзия, размышлениями о которой развлекаются физики на досуге.

Сегодня по этому вопросу проводится много споров и дебатов. Возможно, в далеком будущем мечта станет реальностью, а пока что остается только думать о том, как будет выглядеть вечный двигатель и чем он поможет человечеству.

Перпетум мобиле

ПЕРПЕТУМ МОБИЛЕ (PERPETUUM MOBILE — вечный двигатель), вечное движение, ложный с точки зрения современной науки принцип, согласно которому можно построить такой механизм, который, будучи раз приведен в движение, сможет находиться в движении и даже совершать некоторую полезную работу «вечно», т. е. неограниченно долгое время, без заимствования энергии извне. Очевидно, что принцип перпетум мобиле (вечного двигателя), понимаемый в таком именно смысле, противоречит принципу сохранения энергии, одному из самых основных принципов современного точного естествознания, по которому энергия из ничего создана быть не может, а каждое определенное количество энергии какого-либо вида, в частности кинетической, может перейти только в соответствующее эквивалентное количество энергии другого вида. Т. к. каждый механизм без постоянного сообщения энергии извне обладает лишь вполне ограниченным запасом последней, который постепенно расходуется как на преодоление вредных сопротивлений, так и на выполнение полезной работы, то механизм без постоянно действующего внешнего источника энергии должен по истечении определенного промежутка времени остановиться; продолжение же движения механизма после израсходования своего собственного запаса энергии означало бы получение энергии из ничего.

В теоретической механике закон сохранения энергии вытекает, как теорема из основных уравнений (уравнения Лагранжа) для всех случаев, когда уравнения связей не содержат времени в явной форме (склерономны). В противном случае (реономных связей, содержащих время в явной форме) нарушение принципа энергии, вообще говоря, не противоречило бы уравнениям механики. В частном случае сил, являющихся отрицательными частными производными по координатам от некоторой функции координат, принцип энергии принимает обычную простую форму независимости суммы кинетической и потенциальной энергии от времени. Принцип энергии рассматривается в физике как эмпирический постулат, справедливый, как показывает опыт, при всех условиях и для любых механических или немеханических замкнутых систем.

Естественно, что до установления принципа сохранения энергии делались постоянно попытки (и со стороны людей науки) осуществить перпетум мобиле несмотря на то, что наиболее выдающиеся из них интуитивно постигали тщетность этих попыток. Наиболее ранней попыткой осуществления перпетум мобиле является попытка Пьер-де-Маренкура использовать для этой цели магнитные силы, о чем он сообщает в своей рукописи, написанной в 1269 г. Несмотря на то, что еще Леонардо да Винчи (1452—1519), Кардан (1501—1576), Стевин (1548—1620), Галилей и др. считали невозможность осуществления вечного двигателя постулатом и делали на основе этого различные выводы в своих научных построениях, все же 16-й, 17-й и 18-й вв. полны попыток осуществить перпетум мобиле. Только по окончательном установлении в середине прошлого столетия принципа сохранения энергии Майером (1842), Джоулем (1843) и Гельмгольцем(1847) наука смогла точно обосновать невозможность вечного двигателя. Несмотря на это и до настоящего времени продолжаются тщетные попытки добиться осуществления перпетум мобиле. Наиболее часто используются свойства рычага, гидростатический закон Архимеда, силы магнитного притяжения и т. д.

Примерами могут служить следующие проекты конструкций. По внешней окружности колеса (фиг. 1), помещенного в вертикальной плоскости, прикреплены при помощи шарниров стержни равной длины с одинаковыми грузами, прикрепленными к их концам, причем с одной стороны колеса стержни висят под действием веса грузов, а с другой удерживаются в радиальном направлении зубцами. На первый взгляд кажется, что грузы последней стороны, находясь в общем на более отдаленном расстоянии от центра, чем грузы с другой стороны, должны перевешивать, вследствие чего колесо будет вертеться без сообщения работы извне. Более тщательное рассмотрение механизма показывает, однако, что колесо, будучи выведено из состояния равновесия, должно будет остановиться вследствие того, что на стороне с более близкими к центру грузами последних окажется больше, чем с другой стороны, причем наступит такое положение, при котором суммы моментов сил тяжести относительно оси вращения справа и слева окажутся равными по величине, после чего колесо остановится. Видоизменением указанного проекта является проект механизма, указанного на фиг. 2. В закрытом барабане с изогнутыми перегородками находятся тяжелые шарики, которые, перекатываясь во время движения барабана, то находятся у внутренних сторон стенок барабана, то концентрируются в центральной его части, обеспечивая этим якобы непрерывное вращение барабана. Невозможность постоянного вращения барабана без сообщения внешней энергии очевидна из рассуждений, аналогичных предыдущим.

Аналогичный принцип лежит и в основе проекта механизма, изображенного на фиг. 3. На законе Архимеда основан, например, следующий проект осуществления вечного двигателя.

Имеется ряд полых шаров, нанизанных на нить; часть из них находится в жидкости, другая часть — в воздухе (фиг. 4). Идея этого механизма заключается в том, что полые шары должны последовательно всплывать на поверхность жидкости, увлекая за собой и всю цепь нанизанных шаров, попадающих попеременно из воздуха в жидкость и наоборот.

В свою очередь шары могут приводить в движение вертушку, и перпетум мобиле как будто бы осуществлено. Невозможность осуществления этой идеи, не говоря о трудностях устройства входного отверстия, или сальника, заключается в том, что шар, входящий в жидкость, не только не всасывается последней снизу вверх, но встречает, наоборот, противодействие со стороны жидкости к своему проникновению в нее, причем работа, затраченная на то, чтобы протолкнуть шар в жидкость не меньше той работы, которую шар возвращает при своем всплытии на поверхность. Таким образом выигрыша энергии не будет, и механизма в вечном движении быть не может. На принципе магнитного притяжения основывается следующая схема осуществления вечного двигателя. На верхнем конце наклонной плоскости АВ (фиг. 5) находится магнит М, притягивающий к себе металлический шарик, перемещающийся по плоскости АВ.

На пути к М шарик встречает отверстие О, в которое он и проваливается, попадая затем на изогнутую поверхность CDE, имеющую закругление в нижнем своем конце. В своем обратном движении шарик, вследствие закругления D, окажется в некоторый момент над плоскостью АВ и снова начнет свое движение по последней, снова провалится в отверстие О и т. д. Нетрудно усмотреть однако, что в действительности произойдет одно из двух: или шарик проскочит мимо отверстия и притянется магнитом или же в каком-нибудь положении на поверхности он остановится благодаря тому, что сила притяжения, сила реакции поверхности и вес шарика взаимно уравновешиваются в этом положении.

Помимо вышеуказанного перпетум мобиле, носящего название perpetuum mobile 1-го рода, рассматривают еще и т. н. perpetuum mobile 2-г о рода, сущность которого заключается в следующем. Как известно из термодинамики, можно произвольное количество тепловой энергии преобразовать в любой другой вид энергии в соответствующем строго определенном количестве. Однако же такое преобразование тепловой энергии возможно лишь при наличии носителей различных температур и отдачи определенного количества тепла носителю с низшей температурой (2-й закон термодинамики). Механизм, при помощи которого можно было бы превратить тепловую энергию какого-нибудь тела в другой вид энергии, в частности в механическую работу, без наличия перепада температур между данным телом и другим каким-либо носителем тепла и притом без всякого изменения термического состояния окружающей среды, и осуществил бы perpetuum mobile 2-го рода. Несмотря на то, что тепловая энергия, находящаяся в любом теле, вполне ограничена и что вследствие этого даже при осуществлении perpetuum mobile 2-го рода едва ли можно было бы говорить о вечном движении, — все же этот термин имеет некоторое оправдание в том, что преодоление сил трения и других вредных сопротивлений механизма должно обратно переводить определенное количество механической энергии в тепловую энергию.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 16 — 1932 г.