Вечный двигатель

План: 1. Введение. 2. «Коле с о истории». 3. Заключение. 4. Используемые материалы. Вве дение Человек- существо по своей природе живое, имеющие определ ённый ресурс, ко личество энергии, предел нагрузки и, главное, чувства, то, 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 называем ую, « халяву ». Лень- один из двигателей пр огресса. Современная людская жизнь невозм ожна без использования самых разн ообразных машин, обле гчающих их жизнь. С помощью машин человек обрабатыв ает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигает ся и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать раб оту. Во всех механизмах и машинах прежде чем совершить работу энергия перехо дит из одного вида в другой. Нельзя получить энергии одного вида больше ч ем другого при любых превращениях энергии, так как это противоречит зако ну 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 прот яжение всего существования этой идеи пытались сделать это. Закон сохранения и превращения энергии является основным в современно м естествознании. Энергия, являющаяся мерой движения материи, имеет след ую щие отличительные разновидности : механическая, электрическая, тепловая, магнитная, атомная и д р. Каждая из них может превращаться друг в друга, при чём в совершенно определённых соотношениях, и при этом количество энерг ии остаётся неизменным. Общее количество энергии замкнутой материальн ой системы есть величина постоянная, изменяются только различные виды э той энергии, испытывая взаимные превращения. Закон сохран ения энергии был сформулирован ещё в 1748 году М. В. Ломоносовым, который писа л : « ...так, ежели где убудет нескольк о материи, то умножится в другом месте; ...Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее сво ею силою другое, столько же у себя теряет, сколько сообщает другому, ко торое от него движение полу чает» . Многие изобретатели пытались построить машину — вечный двигатель, спо собную совершать полезную работу без каких-либо изменений внутри машин ы. Все эти попытки увенчались … «Колесо истории » Мартын. Что такое perpetuum mobile ? Бертольд. Perpetuum mobile, то есть вечное движ ение. Если найду вечное движение, то я не вижу границ творчеству человече скому ... видишь ли, добрый мой Мартын, делать золото — задача заманчивая, о ткрытие, может быть, любопытное, но найти perpetuum mobile ... О!... А. С. Пушкин . “Сцены из рыцарских вре мён” Е два ли не ежедневно мы совершае м массу ошибок, больших и малых, имеющих печальные последствия и не имеющ их; мы глубоко убеждены в каких-либо ложных положениях и отрицаем то, что с о временем оказывается истиной. Впрочем, без этого наша жизнь вполне мог ла бы утратить какие-то привлекательные черты: скучно жить в мире, населе нном безошибочными, бездушными автоматами... Н екоторые из человеческих заблуждений оказались настолько к репкими и долговечными, что даже получили "титул" величайших. Всего их сем ь. Вот они: квадратура круга, трисекция угла, удвоение куба, подвижность рт ути, философский камень, эликсир жизни и — вечный двигатель Пер ельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991. . Первые три — знаменитые геометрические задачи древно сти — ждали своего решения несколько тысяч лет. Их неразрешимость была доказана окончательно лишь в XIX веке. Ушли в прошлое попытки найти филосо фский камень — средство, позволяющее любые металлы превращать в золото , так как подобный способ был найден современной наукой, но оказался чере счур громоздким и потому нерентабельным. Что же касает ся вечного двигателя, perpetuum mobile , то несмотря на открытие в середине того же XIX века закона со хранения 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 безос тановочно движет сам себя и, кроме того, совершает ещё какую-нибудь полез ную работу, например, поднимает груз или вырабатывает электроэнергию Краткий Политехнический Словарь. М., 1956. . Мысль его создания существовала с очень давних времен, а о писания его устройства известны с начала XVII века. Однако уже раньше этого времени лучшие умы считали создание такого двигателя невозможным; голл андский физик Стевин, итальянец Леонардо да Винчи писали об этом, а в 1775 год у Парижская академия наук сочла необходимым совсем отказаться от рассм отрения машин, выдаваемых за вечный двигатель Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922. . Но... проекты продолжали поступать. Вот один из древнейших проектов вечного двигателя. К краям колеса прикре плены 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 самы м заставлять колесо вращаться вечно, по крайней мере, до тех пор, пока не п еретрется его ось. Так думал изобретатель. Между тем, если смастерить так ой двигатель, он вращаться не будет. Почему же расчет изобретателя не опр авдался? Вот почему: хотя грузы на правой стороне всегда дальше от цен тра, но справа всего 4 груза, слева ж е — 8. Оказывается, что вся система уравновешивается; естественно, что кол есо вращаться не станет, а, сделав несколько качаний, остановится. Матема тически положение равновесия колеса можно определить с помощью уравнения моментов. Колесо с перек атывающимися 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 рекла мных целей для привлечения внимания публики к кафе, огромное колесо имен но подобного рода. Конечно, этот "вечный двигатель" незаметно приводился в действие искусно скрытым механизмом, хотя зрителям шары. В том же роде б ыли и другие мнимые образцы вечных двигателей, выставлявшихся одно врем я в витринах часовых магазинов для привлечения публики: все они незаметн о приводились в движение электрическим током. Эти имитации, впрочем, и не претендовали на роль perpetuum mobile что нел ьзя сказать о так называемом "самодвижущемся колесе" Орфиреуса — немецк ого изобретателя, прославившегося своим изделием на всю Германию. Его ве чный двигатель едва не был приобретен за огромную сумму императором Петром I . Колесо Орфиреуса (настоящая фамилия которого была Б есляр) не только враща ло сь, но при этом подн имало на значительную высоту солидный груз. Слава о чудесном изобретении, которое ученый доктор показывал сначала н а ярмарках, быстро разнеслась по Германии, и Орфиреус вскоре приобрел мо гущественных покровителей, им заинтересовался польский король Август II . Он поселил его к себе в замок, где всяческ и испытывал машину. Так, в 1717 году, 12 ноября, двигатель, находившийся в уединенной комнате, был пр иведен в действие; затем комната была заперта на замок, запечатана и оста влена 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 чт о же? Колесо всё ещё вращалось "с неослабевающей быстротой..." Машину остан овили, тщательно осмотрели, затем опять пустили в ход. В течение сорока дн ей помещение с нова оставалось опечатанным; со рок суток караулили у дверей гренадеры. И когда 4 января 1718 года печати были сняты, экспертная комиссия нашла колесо в движении! Ландграф и этим не удовольств овался: сделан был третий опыт — двигатель был запечатан на целых два ме сяца. И всё-таки по истечении срока его нашли движущимся! Изобретатель получил от восхищенного ландграфа офици альное 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 приводи ть в действие кузнечный мех и точильный станок. С этим удостоверением Ор фиреус и странствовал по Европе. Вероятно, он получал порядочный доход, е сли 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 пр ебывания за границей, и тогда же поручил А.И.Остерману, известному диплом ату, познакомиться с этим изобретением поближе; последний вскоре присла л подробный доклад о двигателе, хотя самой машины ему увидеть не удалось. Петр собирался даже пригласить Беслера к себе на службу и поручил запрос ить о нем мнение Христиана Вольфа, известного философа того времени (учи теля 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 плуто встве; предлагалась премия в 1000 марок тому, кто разоблачит этот обман. В одн ом из памфлетов, написанных с обличительной целью, был обличающий во лжи рисунок . Тайна "вечного двига теля", по мнению разоблачителя, кроется просто в том, что спрятанный челов ек тян ет за веревку, намотанную неза метно для на б людат еля на часть оси колеса, скрытую в стойке. Тонкое плутовство было раскрыт о случайно — только потому, что ученый доктор поссорился со своей женой и служанкой, посвященными в его тайну, не случись этого, мы, вероятно, до си х пор оставались бы в недоумении относительно вечного двигателя", надела вшего столько шума. Оказывается, колесо Орфиреуса действительно привод илось в движение людьми незаметно дергавшими за тонкий шнурок. Этими люд ьми были брат изобретателя и его служанка Перельман Я. И. Занимательная физика. М., 1991. . Столько внимания колесу Орфиреуса мы уделили потому, что это был, пожалу й, единственный "вечный двигатель", принесший хоть какие-нибудь практиче ские результаты, хотя бы в плане обогащения его создателя. Вечный двигат ель некоего Гертнера, славившийся в Германии в те же времена, уже не произ водил такого же эффекта. Посланец Петра I , Шумахер, писал об этой машине с ледующее: "Господина Гертнера perpetuum mobile , кот орый я в Дрездене видел, состоит из холста, песком засыпанного, и в образе точильного камня сделанной машины, которая назад и вперед сама от себя д вижется; но, по словам господина инвентора (изобретателя) не может весьма велика сделаться... Французские и английские ученые... ни во что почитают в се оные перепутум мобилес и сказывают, что оное п ротив п ринципиев математических " Там же. . Что же касается различных скрытых механизмов, движущи е некоторые из "вечных двигателей", пожалуй, остроумнее всех поступил нек ий изобретатель, показывавший свое изделие в шестидесятых годах позапрошлого столетия на Парижской выставке. Двигатель состоял из большого колеса с перекатывавшимися в не м шарами, причем изобретатель утверждал, что никому не удастся задержать движение колеса. Посетители выставки один за другим пытались остановит ь колесо, — но оно медленно возобновляло вращение как только отнимались руки. Никто не догадывался, что колесо вращается именно благодаря стара ниям посетителей его остановить: толкая его назад, они тем самым заводил и пружину искусно скрытого механизма... Кабардин О. Ф. Физика : Справочные материалы. М., 1991. И все же подавляющее большинство изобретателей вечного двиг ателя честно старались разрешить заманчивую задачу. Были мобилизованы все мыслимые и немыслимые возможности: и архимедова сила, заставлявшая в сплывать пустотелые деревянные ящики, и электричество, и магнетизм... А во т проект капиллярног о "вечного" двигателя : масло (или вода), налитое в сосуд поднимается фитилями снач ала в верхний сосуд, а оттуда другими фитилями — еще выше; верхний сосуд и меет 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 н а колесо, не на секунду не пре рывается, и к олесо вечно должно находиться в движении... Ошибка заключается в том, что м асло не будет стекать с верхней, загнутой части фитиля. Ведь капиллярное притяжение, преодолев тяжесть, подняло жидкость вверх по фитилю. Эта же причина удержит жидкость в по рах намокшего фитиля, не давая ей капать с него. Если до пустить, 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 обрат но в нижний. Этот мнимый вечный двигатель напоминает другую водяную маши ну "вечного" движения, придуманну ю ещё 1575 году италья нским ме хаником страдою Старшим. Архимедов винт, вр ащаясь, поднимает воду в верхний бак, откуда она вытекает из лотка струей, ударяющей в лопатки наливного колеса . Водяное колесо вращает точильный камень, а одновременно дви гает, с помощью ряда зубчатых колес, тот самый Архимедов винт, который под нимает воду в верхний бак. Винт вращает колесо, а колесо — винт!.. Если бы во зможны были подобные механизмы, то проще всего было бы устроить так: пере кинуть веревку че рез блок и привязать к его кон цам одинаковые гири; когда один груз опускался бы, он пр иподнимал бы тем самым другой груз, а тот, опускаясь с этой высоты, поднима л бы первый. Чем не вечный двигатель? Англичанин Джон Вилкенс, епископ в Че стере, описал в XVII веке проект магнитного perpetuum mobile . Сильны й магнит помещается на колонке. К ней прислонены два наклонных желоба и, один под другим, причём верхний имеет небольшое отверстие в верхней час ти. Если — рассуждал изобретатель — на верхний желоб положить небольшо й железный шарик в точке, то вследствие притяжения магнитом А шарик пока тится вверх; однако, дойдя до отверстия, он провалится в нижний желоб М, по катится по нему вниз, поднимется по закруглению и снова попадет на верхн ий желоб, чтобы начать движение сначала. Таким образом, шарик безостанов очно будет бегать взад и вперед, осуществляя вечное движение. Абсурдност ь этого изобретения указать нетрудно. Почему изобретатель думал, что шар ик, скатившись по желобу до его нижнего конца, будет ещё обладать скорост ью, достаточной для поднятия его вверх по закруглению? Так было бы, если бы шарик катился под действием одной лишь силы тяжести, но он ведь находитс я под действием сразу двух сил — тяжести и магнитного притяжения. После дняя по предположению настолько значительна, что может заставить шарик подняться от точки . Поэтому по желобу М шарик будет скатываться не ускор енно, а замедленно, и если даже достигнет нижнего конца, то во всяком случа е не накопит скорости, необходимой для поднятия по закруглению. Описанны й проект много раз вновь всплывал впоследствии во всевозможных видоизм енениях, а один из подобных проектов был даже запатентован в Германии 1878 г оду, т.е. спустя тридцать лет после провозглашения закона сохранения эне ргии! Хотя, согласно уставу, патенты на изобретение, идея которых противо речит законам природы, не должны выдаваться, изобретатель так замаскиро вал основную идею магнитного perpetuum mobile , что ввёл в заблуждение техническую комиссию Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922. . Большая часть проектов вечных двигателей действительно могла бы работ ать, если бы не существование силы трения. Если это двигатель — должны бы ть и движущиеся части, значит, недостаточно двигателю вращать самого себ я: нужно вырабатывать ещё и избыточную энергию для преодоления силы трен ия, которую никак не уберешь. Вот вам проект вечного двигателя: динамо - машина соединяется с электромот ором. Если динамо-машине дать первоначальный им пульс, то порождаемый ею ток запустит электромотор, а тот, вращаясь, будет заставлять работать ди намо-машину. Таким образом, машины будут двигать одна другую, пока не изно сятся. Если бы каждая из соединенных машин обладала стопроцентным коэфф ициентом полезного действия, мы могли бы заставить их указанным способо м безостановочно двигаться только при полном отсутствии трения. Такой а грегат, в сущности, представляет собой одну машину, которая должна сама с ебя приводить в движение. При отсутствии трения агрегат двигался бы вечн о, но пользы от такого движения нельзя было бы извлечь никакой: стоило бы з аставить "двигатель" совершать внешнюю работу, и он немедленно остановил ся бы. А ведь даже проводник, по которому течет ток, хоть внешне он и неподв ижен, греется именно из-за наличия силы трения — в данном случае обуслов ленной столкновениями электронов с атомами вещества, из которого сдела н проводник... Любопытно, что если поиски вечного двигателя всегда оказывались беспло дными, то, напротив, глубокое понимание его невозможности приводило нере дко к плодотворным открытиям. Прекрасным примером может служить тот спо соб, с помощью которого Симон Стевин, замечательный голландский ученый к онца XVI и начала XVII века, открыл закон равн овесия сил на наклонной плоскости. Этот математик и инженер заслуживает гораздо большей известности, нежели та, какая выпала на его долю, потому ч то он сделал много важных открытий, которыми мы теперь постоянно пользуе мся: 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 пр авило параллелограмма сил, единственно лишь с помощью чертежа, изображе нного на титульном листе его книги "Математические мемуары" (1586 год). Через трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров. Что произойде т 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, д а, — иначе цепь сама собой вечно бежала бы справа налево, потому что на ме сто соскол ьзнувших шаров всякий раз поме щались бы другие и равновесие никогда бы не восстанавлива лось. Но так как мы знаем, что перекинутая указанным образом цепь вовсе не движется сама собой, то, очевидно, два правых шара дей ствительно уравновешиваются че тырьмя левыми. Получается словно чудо: два шара тянут с такой же силой, как и четы ре. Из этого мнимого чуда Стевин вывел важный закон механики. Он рассужда л так: одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз длинная г рань призмы длиннее короткой. Отсюда вытекает, что и вообще два груза, свя занных шнуром, уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если в еса их пропорциональны длинам этих плоскостей. В частном случае, когда к ороткая плоскость отвесна, мы получаем известный закон механики: чтобы у держать тело на наклонной поверхности, надо действовать в направлении э той плоскости силой, которая во столько раз меньше веса тела, во сколько р аз 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, перекинуту ю 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 меха низм. Но мы только что видели, что тяжелая цепь: может уравновешиваться легкой, если силы действуют на них под разными углами. В рассматриваемом механиз ме левая цепь натянута отвесно, правая же расположена наклонно, а потому она, хотя и тяжелее, всё же не перетягивает левую. Ожидаемого вечного движ ения здесь получиться не может. Порою один внешний вид и видимое действие устройства може т ввести в заблуждение неподго товленно го наблюдателя. Курский изобретатель А.Г.Уфимцев создал новый тип ветрос иловой станции с дешевым "инерционным" аккумулятором механической энер гии, устроенным по типу махового колеса. В 1920 году им была построена модель этого аккумулятора в виде диска, вращающегося на вертикальной оси с шари ковым подшипником, в кожухе, из которого был выкачан воздух. Будучи разог нан до 20 000 оборотов в минуту, диск сохранял вращение в течение пятнадцати с уток! В наше время, правда, количество проектов perpetuum mobile пошло на убыль — закон сохранения энергии звучит сейчас, оче видно, 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 атм осферы, из энергии Солнца и т.п. Есть даровые двигатели, работающие на перепаде атмосферного давления, п о инерции и т.п. Ведь неплохо иметь такую машину: толкнул — и она работает, скажем, лет сто. Потом остановится — не беда, опять толкнем... Чистая фанта зия, конечно, но законам природы это не противоречит, а значит, может и осу ществиться... Орд-Хьюм А. Вечное движени е. М., 1980. Нынешние даровые двигатели еще слишком несо вершенны — конструкция их чересчур дорога по сравнению с доставляемой ими энергией, и они, следовательно, невыгодны, но, во всяком случае, поиск р абочего дарового двигателя — более перспективный путь, нежели бессмыс ленные попытки создания perpetuum mobile . Заключение. Перпетуум м обиле - вечный двигатель - романтическая мечта подвижников, пытавшихся д ать человечеству беспредельную власть над природой, вожделённый источ ник обогащения для шарлатанов и авантюристов; сотни, тысячи прожектов, т ак никогда не осуществлённых; хитроумные механизмы, которые, казалось, в от-вот должны были заработать, но почему-то оставались в неподвижности; р азбитые судьбы фанатиков, обманутые надежды меценатов... Но из-за чего всё это происходило ? Из-за незнани я элементарных физических законов, из-за желания из ничего получить всё или же из-за мечты, надежды, помогающей ж ить , дающей смысл существования . До сих пор в патентные бюро поступают заявки с устройства ми, которые по существу являются вечными двигателями. Видимо, в самой иде е вечного двигателя кроется какая-то тайна, что-то, что заставляет людей и скать и искать его секрет. Но, видно так устроен человек … Используемые материалы: 1. Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922. 2. Кабардин О. Ф. Физи ка : Справочные материалы. М., 1991. 3. Краткий Политехнический Словарь. М., 1956. 4. Орд-Хьюм А. Вечное движение. М., 1980. 5. Перельман Я. И. Занимательная физи ка. М., 1991.