Согласно историческим записям, первым человеком, предложившим построить подобную машину был ученый, живший в 12 веке. Именно в это время начались Крестовые походы европейцев на Святую Землю. Развитие ремесла, хозяйства и техники потребовало разработки новых источников энергии. Популярность идеи вечного двигателя стала стремительно расти. Ученые пытались построить его, но их попытки не увенчались успехом.

Еще более популярной эта идея стала в 15-16 веках с развитием мануфактурного производства. Проекты вечного двигателя предлагались всеми, кому не лень: от простых ремесленников, мечтавших наладить свою небольшую фабрику, до крупных ученых. Леонардо да Винчи, Галилео Галилей и другие великие исследователи после многочисленных попыток создать вечный двигатель пришли к общему мнению, что это в принципе невозможно.

К такому же мнению пришли ученые, жившие в 19 веке. Среди них был Герман Гельмгольц и Джеймс Джоуль. Они независимо друг от друга сформулировали закон сохранения энергии, характеризующий протекание всех процессов во Вселенной.

Вечный двигатель первого рода

Из этого фундаментального закона следует невозможность создания вечного двигателя первого рода. Закон сохранения энергии гласит, что энергия ниоткуда не появляется и никуда бесследно не исчезает, а лишь принимает новые для себя формы.

Вечный двигатель первого рода - воображаемая система, способна совершать работу (т.е. производить энергию) неограниченное время без доступа энергии извне. Реальная подобная система может совершать работу только засчет своей внутренней энергии. Но эта работа будет ограничена, так как запасы внутренней энергии системы не бесконечны.

Тепловой двигатель для производства энергии должен выполнять определенный цикл, а значит - каждый раз возвращаться в начальное состояние. Первое начало термодинамики гласит, что двигатель для совершения работы должен получать энергию извне. Вот почему невозможно построить вечный двигатель первого рода.

Вечный двигатель второго рода

Принцип работы вечного двигателя второго рода заключался в следующем: отнимать у океана энергию, понижая при этом его температуру. Это не противоречит закону сохранения энергии, но построение такого двигателя также невозможно.

Все дело в том, что это противоречит второму началу термодинамики. Оно заключается в том, что энергия от более холодного тела не может передаваться более горячему в общем случае. Вероятность такого события стремится к нулю, так как оно нерационально.

НЕВОЗМОЖНОСТЬ ВЕЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема вечного движения волновала человечество с незапамятных времен. Многие выдающиеся умы посвятили огромные усилия созданию механизма, который бы действовал непрерывно, без притока энергии извне, и производил при этом какую-нибудь практически полезную работу. Желание во что бы то ни стало изготовить вечный двигатель (perpetuum mobile) было обусловлено как экономическими, так и научными, даже философскими причинами.

Его изобретение разрушило бы фундаментальный постулат экономики о «неограниченности человеческих потребностей и ограниченности ресурсов, необходимых для их удовлетворения, поскольку такой механизм никаких ресурсов бы не расходовал, помимо тех материалов и сил, которое так же непрерывно изменяется и совершенствуется без притока видимой нам внешней энергии, модель бессмертной природы, созданная человеческим разумом, благодаря которому, как известно, «природа познает самое себя».

Науку же попытки добиться perpetuum mobile обогатили фундаментальными теориями, которые, собственно, и опровергли его возможность, и теперь эмпирические версии такого неработающего механизма служат их наглядным подтверждением. В настоящее работе мы приведем краткий обзор истории таких попыток и обоснуем не только их практическую несостоятельность, но и важную роль в развитии науки.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

История и типы perpetuum mobile

История попыток создать вечный двигатель представляет собой в миниатюре историю совершенствования познаний человека об окружающем мире. С первобытных времен homo sapiens наблюдал вечное движение вокруг себя: восход и закат солнца, смену времен года, ветер, течение рек, приливы и отливы; причин же их и закономерностей он не понимал. Отсюда и обожествление соответствующих явлений природы, и, с другой стороны, уверенность в том, что, коль скоро perpetuum mobile в принципе не просто существует, но всегда окружает человека, то он сможет его воспроизвести.

Отметим, что на ранней стадии работ над вечным двигателем научные и философские побуждения опережали экономически соображения, поскольку такому устройству в древности, средневековье и эпоху Возрождения трудно было подыскать достаточно эффективное применение. Размол муки, вычерпывание воды, вращение гончарного круга или точильного камня, часовой механизм – этим по сути ограничивалась в те времена сфера использования любого двигателя, в том числе гипотетического вечного. Позднее появились станки, лесопилки, самодвижущиеся средства транспорта, электроприборы – круг работ для perpetuum mobile сильно расширился; в наше время незадачливые энтузиасты, как правило, желают сделать его основой электроэнергетики.

Чаще всего для постройки очередного вечного двигателя использовался принцип колеса – величайшего технического изобретения древнего человека. Видимо, один из первых механизмов такого рода описан в санскритской рукописи по астрономии «Сиддахнта Сиромани» (V век н.э.): колесо с двумя рядами отверстий одного диаметра на внешнем ободе, которые зигзагообразно располагались на одинаковом расстоянии друг от друга, были заполнены ртутью и плотно закрыты. Отметим, что эта ранняя конструкция оказалась и базовой: колесо, одна сторона которого должна всегда перевешивать другую, воспроизводится до наших дней; долгое время в разных типах двигателей использовалась и ртуть как более тяжелая, «увесистая» жидкость, чем вода.

Другой тип вечного двигателя был предложен – во всяком случае, зафиксирован в научном труде – только через тысячелетие: Марко Антонио Замара (родился около 1460 г. – умер в 20-х или 30-х годах ХVI века), человек, как водилось в эпоху Возрождения, разнообразных талантов – врач, астроном, философ, алхимик, - описал «вечную ветряную мельницу», лопасти которой должны приводить в действие воздуходувные меха, нагнетающие в свою очередь тот воздух, который вращает лопасти. (Один из последних примеров подобного устройства – модифицированный perpetuum mobile под названием «ветросиловая установка «Урусвати», придуманная неким российским инженером и описанная в популярной московской газете.)

Еще одна популярная идея разработчиков вечного двигателя была связана с так называемым архимедовым винтом – стержнем со спиралевидным выступом, опоясывающим его наподобие резьбы винта, по которому вода способна подниматься, пока стержень сохраняет вращение. Например, Роберт Флудд (1574-1637) предложил в 1618 году проект «мельницы замкнутого цикла» с использованием этого нехитрого приспособления: вода перемещается архимедовым винтом из нижнего резервуара в верхний наклонный желоб, по которому стекает на лопасти гребного колеса, вращающего с помощью системы зубчатых колес и этот винт, и мельничный жернов. Идея эта сохраняла популярность довольно долго и была разоблачена в книге «Математическая магия» (1648) ученым, писателем и священнослужителем Уилкинсоном, епископом Честерским, потрудившимся изготовить практическую модель подобного двигателя и убедившимся в его нефункциональности.

Идея же «неуравновешенного» колеса всегда оставалась, как мы упоминали выше, базовой. Леонардо да Винчи (1452-1519) описал шесть конструкций таких perpetuum mobile. Многим знаком «классический» вариант – колесо с откидывающимися рычагами, на конце каждого из которых укреплен тяжелый металлический шар. Вариантами этого устройства были колеса, где шары перекатывались в радиальных прорезях или находились в полном ободе, разделенном перегородками. В качестве противовеса применялась также ртуть, заливаемая в резервуары внутри колеса. Более сложной разновидностью данного типа вечного двигателя была такая, где упомянутые шары находились отдельно от колеса и вращали его, падая сверху на лопасти, а затем должны были с его же помощью «подняться» и опять упасть (двигатель Конрада Шивьера, изготовленный около 1790 года, и ряд других, разрабатываемых вплоть до начала двадцатого столетия).

Существовали проекты perpetuum mobile, в которых также фигурировало колесо, но принцип его вращения создатели хранили в тайне – как правило, здесь мы имеем дело с банальным шарлатанством. «Вечные двигатели» этого сорта, например колесо Орфиреуса (настоящее имя – Иоганн Эрнст Элиас Бесслер, 1680-1745), всегда действовали, производя большой фурор в обществе того времени, и приносили большой доход «изобретателям», но впоследствии подвергались разоблачению: обычно оказывалось, что эти «колеса» вращались замаскированным двигателем или спрятанным поблизости человеком.

Довольно популярной идеей было и применение магнита. Еще в 1269 году некий Пьетро Перегрино, помощник великого ученого Роджера Бэкона, описал колесо с металлическими зубцами, каждый из которого последовательно «отталкивался» от магнита противоположной полярности, обеспечивая тем самым непрерывное движение. Еще более простое устройство было предложено в 1570 году иезуитом Иоганном Тэснериусом – шарик вкатывается по наклонной плоскости, притягиваемый помещенный вверху магнитом, но до того, как «прилипнуть» к нему, проваливается вниз в проделанное на определенной высоте отверстие и скатывается к началу своего сизифова пути. Магнетизм использовался и в уже знакомом нам «неуравновешенном» колесе: вместо привычных шаров и ртути в прорезях колеса, вращавшегося между стационарными магнитами противоположной полярности, - намагниченные железные бруски (конструкции Стефана, 1799).

Еще одной идеей незадачливых изобретателей perpetuum mobile было использование различных свойств жидкостей, а именно: разности их плотностей (эмпирическая разработка великого математика Бернулли, 1667-1748); капиллярного притяжения, заставляющего воду подниматься вверх по пористым материалам, т.е. выполняющего ту же работу, что архимедов винт (устройства семнадцатого века – Роберта Бойля, и даже девятнадцатого – Уильяма Конгрева и ряда других); вытеснение жидкостью погруженного в него тела («поплавковые» двигатели Германа Леонарда, 1865, и Джона Сатклиффа, 1882). Возникало желание использовать и свойства некоторых газов, например аммиака, легко переходить в жидкое состояние и обратно (работа профессора Гэмджи, 1882, США), сжиженный воздух (Чарльз Триплер, 1899), взаимодействие воды и пара (аппарат Гамильтона, 1890).

Ни один из вышеупомянутых вечных двигателей не заработал.

Единственный удачный опыт в этом отношении – т.н. мнимые, или «даровые», вечные двигатели, например часы, изготовленные Джеймсом Коксом в 60-х годах ХVII века и сохранившиеся (хоть и в остановленном состоянии) до наших дней. Источником энергии для их подзавода является сжатие и расширение ртути под воздействием атмосферного давления: по существу это большой барометр, приспособленный для полезной механической работы. Считать его вечным двигателем, опровергающим законы термодинамики, нельзя, т.к. энергия не воспроизводится в нем же самом, а черпается из окружающей среды. Такое устройство не оправдывает и тех экономических надежд, которые возлагало человечество на perpetuum mobile: его промышленная эксплуатация абсолютно невыгодна (даже для приведения в действие маломощного механизма часов Кокса требуется около 150 кг (!) дорогой и экологически опасной ртути). Все это, к сожалению, относится и к другим подобным «даровым» двигателям.

Таким образом, многочисленные и разнообразные попытки создания вечного двигателя на протяжении практически всей истории человечества не увенчались успехом, что подтвердило правоту сформулированных учеными физических теорий, опровергающих возможность perpetuum mobile. Об этих теориях, объясняющих неудачи всех вышеперечисленных экспериментов, и пойдет речь в следующем разделе.

Законы, обуславливающие невозможность вечного движения

Любые попытки построить вечный двигатель по существу сводятся к попытке создать замкнутую систему, которая сама себя, в отсутствие всякого внешнего источника, обеспечивает энергией в достаточном объеме. При этом количество этой энергии, затрачиваемой системой на совершение некоей работы, должно быть равно количеству энергии, которая производится и выделяется при этом (т.е. так или иначе превращается в тепло. Яркий пример энергопотери такого рода – нагревание любого работающего двигателя). Короче говоря, общая конечная сумма энергии всегда равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает сам по себе, а переходит в другую форму.

В этом и заключается сущность фундаментального закона современной науки – закона сохранения энергии. Его частная форма, как раз исключающая возможность perpetuum mobile, получила название первого закона термодинамики. Он гласит, что внутренняя энергия (И) любой системы является суммой потенциальных энергий взаимодействия всех частиц, а также их кинетической энергии. Благодаря И система и способна производить некую работу (А), а также обмениваться теплом (Q) с окружающей средой; при этом запас И будет либо пополняться, либо расходоваться. При этом Q=U2 – U1 + A (I): тепло, полученное системой при переходе из состояния 1 в состояние 2, частично расходуется на совершение А, а частично – на увеличение ее И из расчета U2 – U1. Открытие этого закона связано именно с безуспешными попытками создания т.н. вечного двигателя первого рода, производящего работу «из ничего».

Сущность второго начала термодинамики, сформулированное Р. Клаузисом (1850), сводится к утверждению о том, что тепло не может самопроизвольно переходить от мене нагретого тела к более нагретому – возможен лишь обратный процесс. Математическое отражение этого закона представляет собой т.н. функцию энтропии, которая при самопроизвольных и необратимых процессах в замкнутой системе возрастает, а при обратимости их сохраняет свое значение; это т.н. функция состояния, так что каждому конкретному состоянию системы соответствует ее определенная величина. Таким образом, если первоначальная энтропия системы составляет S, то никакие совершающиеся в системе процессы не могут эту величину уменьшить. Более того: всякий необратимый процесс увеличивает энтропию до максимального значения, достижимого в положении равновесия. Необратимым же процессом следует считать работу, при которой энергия превращается в тепло (посредством трения, нагревания и т.п.), т.е. практически любую возможную деятельность. «Таким образом, процесс, единственным результатом которого было бы полное превращение тепла в работу (вечный двигатель второго рода), невозможен» (формулировка У.Томпсона, 1851 год). Итак, передача тепла необратима полный (некомпенсированный) переход тепла в работу принципиально невозможен.(Согласно теореме Карно, КПД любой тепловой машины не может быть больше КПД обратимого цикла Карно.)

Оба начала термодинамики доказывают несостоятельность каких бы то ни было вариантов вечных двигателей – как первого рода, извлекающих энергию для работы из самоё себя (водяные и воздушные «мельницы замкнутого цикла», «неуравновешенные» колеса с грузами и т.п.), так и второго, использующих тепло, произведенное в результате собственной работы, для совершения ее же самой («аммиачный двигатель» Гэнджи и др.). Опровергнуть эти законы невозможно, как законы природы и аксиомы точных наук вообще, поэтому вечный двигатель может существовать только в одном виде - виде «доказательства от противного», доказательства вышеупомянутых начал термодинамики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассмотрели различные типы perpetuum mobile и физически законы, препятствующие их осуществлению. Сделан вывод об объективной невозможности такого устройства. В то же время нельзя признать усилия добросовестных экспериментаторов, среди которых немало выдающихся ученых, антинаучным заблуждением. Следует считать попытки добиться вечного двигателя чрезвычайно важными научными поисками, позволившими сформулировать фундаментальные физически законы, продвинуть вперед важнейшие отрасли науки. Этот процесс был очень плодотворен вплоть до сравнительно недавнего времени (начала нашего века), пока оба начала термодинамики не получили всестороннего теоретического обоснования – немыслимого без рассмотрения причин бездействия всех возможных вариантов вечных двигателей – и многие люди полагали, что данную проблему поможет решить развитие техники.

Сейчас же попытки добиться perpetuum mobile представляют собой удел либо малообразованных, либо попросту психически нездоровых энтузиастов. Возможно, впрочем, что изготовление моделей вечных двигателей полезно для пытливых молодых людей, стремящихся проверить на практике знакомые им лишь эмпирически постулаты физики и математики.

Итак, история «взаимоотношений» человека и мнимого perpetuum mobile – это история прежде всего научного поиска, который дал свои выдающиеся результаты.

Человеческая натура такова, что испокон веков люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Впоследствии этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или . Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, как путем усовершенствования уже имеющихся моделей, так и пытаясь создать что-то принципиально новое. В конце концов разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное.

Колесо Бхаскара и подобные проекты вечных двигателей

Доподлинно неизвестно, кто и когда первый попытался создать вечный двигатель, но первое упоминание о нем в рукописях датируется XII веком. Рукописи принадлежат индийскому математику Бхаскаре. В них в стихотворной форме описывается некое колесо, с прикрепленными к нему по периметру трубками, наполовину заполненными ртутью. Считалось, что за счет перетекания жидкости, колесо будет само по себе вращаться бесконечно. Примерно на том же принципе было сделано еще несколько попыток создать вечный двигатель. Как обычно, безуспешно.

Модели, построенные по принципу колеса Бхаскара

Вечный двигатель из цепочки поплавков

Другой прототип вечного двигателя основывается на использовании закона Архимеда. В теории считалось, что цепь, состоящая из полых резервуаров, за счет выталкивающей силы станет вращаться. Не было учтено лишь одно – давление водяного столба на самый нижний бак будет компенсировать выталкивающую силу.

Вечный двигатель, работающий по закону Архимеда

Еще одним изобретателем вечного двигателя является нидерландский математик Симон Стевин. По его теории цепочка из 14 шаров, перекинутая через треугольную призму, должна прийти в движение, потому что с левой стороны шаров в два раза больше, чем с правой, а нижние шары уравновешивают друг друга. Но и тут коварные законы физики помешали планам изобретателя. Несмотря на то, что четыре шара в два раза тяжелее, чем два, они катятся по более пологой поверхности, следовательно, сила тяжести, действующая на шары справа, уравновешивается силой тяжести, действующей на шары слева, и система остается в равновесии.

Модель вечного двигателя Стевина и его реализация с цепью

Вечный двигатель на постоянных магнитах

С появлением постоянных (и особенно неодимовых) магнитов, изобретатели вечных двигателей вновь активизировались. Существует множество вариаций электрогенераторов на основе магнитов, а один из первых их изобретателей, Майкл Брэди, в 90-х годах прошлого века даже запатентовал эту идею.

Майкл Брэди работает над вечным двигателем на постоянных магнитах в 2002 году

А на видео ниже представлена довольно простая конструкция, которую каждый может сделать у себя дома (если наберете достаточное количество магнитов). Неизвестно, насколько долго будет крутится эта штука, но даже если не учитывать потери энергии от трения, этот двигатель можно считать лишь условно вечным, потому что мощность магнитов со временем ослабевает. Но все равно, зрелище завораживает.

Конечно, мы рассказали далеко не о всех вариантах вечных двигателей, потому что людская фантазия, если и не бесконечна, то весьма изобретательна. Однако все существующие модели вечных двигателей объединяет одно – они не вечны. Именно поэтому Парижская академия наук с 1775 года решила не рассматривать проекты вечных двигателей, а Патентное ведомство США не выдает подобные патенты уже более ста лет. И все же в Международной патентной классификации до сих пор остаются разделы для некоторых разновидностей вечных двигателей. Но это касается лишь новизны конструкторских решений.

Подводя итог, можно сказать лишь одно: несмотря на то, что до сих пор считается, что создание действительно вечного двигателя невозможно, никто не запрещает стараться, изобретать и верить в неосуществимое.

Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) - воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой ему энергии. Самодвижущееся колесо немецкого изобретателя Орфиреуса два месяца вращалось в запечатанной комнате, двери которой охраняли гренадёры. В время демонстраций оно не только вращалось со скоростью 50 оборотов в минуту, но и поднимало грузы до 16 кг. В 1725 году Пётр I собирался в Германию, чтобы лично осмотреть вечный двигатель, который изобретатель Орфиреус согласился продать России за 100 000 ефимков (1 ефимок - около рубля).

В 1775 году Парижская академия наук приняла своё знаменитое решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. Но до сих пор на научных конференциях в России и других странах с завидным постоянством звучат идеи об извлечении энергии из вакуума, пульсирующих полях (которые исключают часть отрицательной работы в замкнутом контуре), преобразованиях энергии при изменениях внутренней структуры пространства-времени, о так называемой «свободной энергии».

Некоторым учёным удаётся получить патенты на особо заумные изобретения, где патентное бюро не в силах сразу распознать вечный двигатель. Более того, великие учёные прошлого, в том числе Роберт Бойль и Иоганн Бернулли, предлагали собственные конструкции вечного двигателя. Многие годы посвятил изобретению вечного двигателя Леонардо да Винчи.

Вечный двигатель Бхаскары, 1150 г

Первое упоминание в исторической литературе о конкретном устройстве вечного двигателя относится к 1150 году. Индийский поэт, математик и астроном Бхаскара в своём стихотворении описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического «перпетуум мобиле» основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Как описывает сам автор, «наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

Вращающееся колесо часто использовалось в древних вечных двигателях. В каком-то смысле «вечное движение колеса» имело даже религиозный смысл. Ещё в ведической религии колесо символизировало божественное начало. Наука уже в самом начале своего развития стала заимствовать для своих целей некоторые религиозные атрибуты, воплощая их на практике в виде конструктивных элементов различных машин.

Разные модификации колеса Бхаскары встречаются в литературе арабских стран в последующие века. В Европе первые чертежи вечных двигателей появляются одновременно с введением арабских цифр, то есть в начале 13 века.

Рисунок одного из самых старых проектов «перпетуум мобиле» в Европе (около 1235 г.) из альбома Вийяра д’Оннекура

По какой-то причине не сохранилось свидетельств, что над вечными двигателями работали европейские инженеры в античную эпоху, то есть в Древней Греции и Древнем Риме, хотя у них вполне хватало квалификации и знаний для таких экспериментов. Вероятно, в то время просто отсутствовал спрос (общественный заказ) на вечный источник энергии. Проблему энергии успешно решало неограниченное количество рабов, доступных для использования в любое время практически бесплатно.

Таким образом, в Европе проекты вечных двигателей появились только после 12 века. В эпоху Возрождения европейские учёные и изобретатели принялись изучать эту тему с новой силой. Например, Леонардо да Винчи посвятил этому значительную часть своей жизни. Он начал со схем «вечного колеса», известных с прошлых веков, затем пробовал использовать выталкивающую силу воды, водяное колесо, Архимедов винт, с помощью которого древние греки поднимали воду для орошения полей. Естественно, каждый раз Леонардо терпел неудачу, но он долго не сдавался. На одном из этапов изобретатель произвёл точный расчёт моментов сил для проекта «вечного колеса» и пришёл к выводу: «Суммарный момент сил, вращающих колесо в одну сторону, в точности равен суммарному моменту сил, вращающих колесо в другую сторону». Для своего времени это было серьёзное научное открытие. Фактически, Леонардо да Винчи приблизился к открытию закона сохранения энергии. Кстати, этот закон сформулировал в 1842 году немецкий естествоиспытатель Юлиус Роберт фон Майер, который ещё в 10-летнем возрасте пытался сконструировать вечный двигатель. В возрасте 28 лет учёный опубликовал работу «Замечания о силах неживой природы» в журнале «Анналы химии и фармации». В ней он указал на эквивалентность затрачиваемой работы и производимого тепла и тем обосновал первый закон термодинамики.

В конце концов, Леонардо тоже признал, что вечного двигателя не может существовать. В его записях присутствует фраза: «Я пришёл к выводу о невозможности существования “вечного колеса”. Поиск источника вечного движения – одно из самых глубоких заблуждений человека».

К счастью, в последующие столетия учёные не прислушались к выводу Леонардо да Винчи. Они продолжили попытки изобрести вечный двигатель, делая иногда по ходу поисков замечательные научные открытия.
Вечный двигатель Иоганна Бернулли представляет собой до гениальности простую конструкцию (см. рисунок слева). В сосуд, в котором находится смесь тяжёлой и лёгкой жидкостей, опущена трубка. Верхний конец трубки открыт, а нижний закрыт мембраной, пропускающей внутрь трубки только более лёгкую жидкость из смеси. Тогда под действием давления более тяжёлой смеси оказавшаяся в трубке лёгкая жидкость будет подниматься. Если правильно подобрать высоту трубки, а также соотношение плотностей жидкостей, то лёгкая жидкость поднимется настолько, что будет выливаться из трубки. Это приведёт к вечному круговороту, и «таким образом, движение жидкости будет вечным».

Роберт Бойль, как и его коллега Иоганн Бернулли, ссылался на круговорот воды в природе - якобы реальный пример вечного двигателя. Бернулли считал, что круговорот воды в природе обусловлен разностью плотностей солёной и пресной воды, а вот Бойль объяснял его действием капиллярных сил. Поднимающаяся по капилляру жидкость должна, по мнению изобретателя, выливаться обратно в сосуд, если длина капилляра не слишком велика.

Как показывает история, такие попытки «сумасшедших» изобретений действительно двигают науку вперёд. Это и есть «вечный двигатель» для науки и технического прогресса. Неудачные эксперименты помогают иначе взглянуть на проблему, лучше разобраться в силах природы и открыть новые ранее неизвестные законы природы.

Например, в конце 16 века голландский математик и инженер Симон Стевин показал чертёж, который на необразованных сограждан мог произвести впечатление вечного двигателя. На этом рисунке два шара справа как будто не могут уравновесить четыре шара слева от вершины треугольника. Таким образом, цепочка шаров якобы должна вечно вращаться против часовой стрелки.

На самом деле Симон Стевин нашёл условие равновесия тел на наклонной плоскости - ещё одно научное открытие.

Другими словами, учёные начали искать неизвестные ранее законы природы, в том числе условия равновесия тел, исходя из постулата о невозможности вечного двигателя. Теперь, глядя на схему очередного «перпетуум мобиле», учёный прежде всего задаёт вопрос: какие силы не не учёл изобретатель на своей схеме вечного двигателя?

Вакуумная энергетическая установка Н.А. Шестеренко (ВЭУШ) на соплах Лаваля. Подробнее см. в книгах автора «ВЭУШ. Генератор вакуумной энергии» и «ВЭУШ и «НОУ-ХАУ». Получение энергии из физического вакуума. Христос творящий»

Изобретатели работают над новыми конструкциями вечного двигателя до сих пор. Физика и химия значительно продвинулись вперёд за прошедшие века, поэтому у авторов таких изобретений гораздо богаче «инструментарий» для применения. В своих конструкциях они используют не только механические конструкции, но и законы гидравлики, проводят опыты с магнетизмом, используют химические реакции, пытаются применить законы квантовой механики и т.д.

Сверх-единичный двигатель Клема

Для некоторых одержимых изобретателей их работа становится делом всей жизни, идеей фикс. Эти люди убеждены, что вечный двигатель существует и ранее уже неоднократно был изобретён, но могучие корпорации и правительства стран не дают таким изобретениям ход. Авторы таких изобретений якобы часто умирают при загадочных обстоятельствах. В воспалённой логике изобретателей это легко объяснить: ведь создание вечного двигателя навсегда изменит ход человеческой истории, полностью перевернёт существующие представления о науке, изменит порядок вещей в экономике и технологиях, лишит источников денег и власти сильных мира сего.

Магнитный двигатель

До сих пор в патентное ведомство США каждый год подаются десятки заявок на конструкцию вечного двигателя. Авторы современных изобретений - иногда умные и талантливые люди, которые отличаются богатой технической фантазией и большим опытом практической деятельности, но у них часто не хватает базовых теоретических знаний по физике.

Правда, во многих современных «изобретениях» воскресают в том или ином виде технические идеи, предложенные в средние века, а то и в 12-13 столетиях. Например, до сих пор большой популярностью пользуются вечные двигатели с вращающимся ротором. Часто используются пневматические механизмы, пружинные вечные двигатели, гидравлика, химические реакции, электромагнитные поля.

Некоторые конструкции на первый взгляд даже сложно классифицировать - то ли это вечный двигатель, то ли действительно рабочая машина, которая задействует некие плохо изученные физические процессы. Наверное, можно упомянуть конструкцию «невозможного» двигателя EmDrive, который создаёт тягу в замкнутом контуре. Он прошёл испытания в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА. Научная работа с описанием этого двигателя, вроде бы нарушающего закон сохранения импульса, прошла независимую экспертизу и опубликована в авторитетном научном журнале, а опыты на Земле показали действительное наличие тяги.

Испытательная установка EmDrive в лаборатории Космического центра им. Линдона Джонсона НАСА

Работающий на непонятном принципе двигатель выдаёт тягу даже в вакууме, где исключена любая тепловая конвекция. Физики выдвигают разные объяснения работы EmDrive. Некоторые говорят, что в резонаторе EmDrive могут появляться пары фотонов, которые находятся в противофазе друг с другом. Такие пары уносят импульс в сторону, противоположную движению двигателя. И взаимодействие таких фотонов способствует возникновению электромагнитной волны с нулевой поляризацией. Импульс такая волна все же переносит. Есть теория, что тяга EmDrive представляет собой последствие появления «квантового вакуума виртуальной плазмы» частиц, появляющихся и исчезающих в замкнутом контуре пространства-времени.

Надежда найти вечный двигатель даёт изобретателям огромные силы и энергию для работы. Самое главное - направить эту энергию в нужное русло. Тогда побочным результатом их работы могут стать реальные научные и технические открытия, как у Леонардо да Винчи, Роберта Бойля, Иоганна Бернулли, Симона Стевина, Юлиуса Роберта фон Майера и других «сумасшедших» изобретателей.

Как и Парижская академия наук, патентное ведомство США формально не выдаёт патенты на «перпетуум мобиле». Это правило действует больше ста лет. Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/00) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей, поскольку патентные ведомства многих стран рассматривают заявки на изобретения лишь с точки зрения их новизны, а не физической осуществимости.

Хорошо, если работа над вечным двигателем помогает двигать вперёд научно-технический прогресс. Но с сожалением приходится констатировать, что в большинстве случаев это не так. У отдельных изобретателей одержимость вечным двигателем похожа на психическое расстройство. Говорят, что эта болезнь часто развивается по стандартному сценарию: сначала «пациент» пытается построить свой вариант классического «вечного колеса» - колеса, одна сторона которого всегда оказывается тяжелее другой благодаря системе рычагов, перекатывающихся шариков, переливающейся жидкости и так далее.

Работа ребёнка над таким механизмом может быть реальным подспорьем в учёбе, оно помогает школьнику разогреть интерес к физике и точным наукам. Важно не перейти тонкую грань, когда вера в возможность создания вечного двигателя не проходит, а превращается в навязчивую идею на протяжении всей жизни.

Патенты на вечные двигатели. Организации и центры по изучению технологий свободной энергии

Патенты США

3913004 от 14 октября 1975, Метод и аппаратура для увеличения электрической мощности, Роберт Александер.
4975608 от 4 декабря 1990, Мотор с переключаемым магнитным сопротивлением, Гарольд Аспден.
5288336 Преобразователь тепла в электричество, Гарольд Аспден.смотри также патенты номер 5,065,085 и 5,101,632
4622510 от 11 ноября 1986, Параметрическая электромашина, Фердинанд Кап.
2912244 от 1959 года, Гравитационная система, Отис Карр.
4006401 от 1 февраля 1977, Электромагнитный генератор, В Ривас.
3811058, 3879622 Моторы на постоянных магнитах.
2982261 Воздушный мотор Мак Клинтока.
4595843 от 17 июня 1986, Трансформатор вращающегося магнитного потока с сердечником с низкими потерями, Роберт Дель Вечио.
4567407 от 28 января 1986, Мотор - альтернатор, Джон Эклин.
3368141 от 6 января 1968, Трансформатор в сочетании с постоянными магнитами, Карлос Гарон.
3890548 от 17 июня 1975, Мотор с пульсирующим конденсаторным разрядом, Эдвин Грей.
4595852 от 17 июня 1986, Электростатический генератор, Роберт Гандлах.
4831299 от 16 мая 1989, Униполярный генератор переменного тока, Енакиши Хайсака.
4249096 от 3 февраля 1981, Электрическое динамо, Барбара Никокс.
3610971 от 5 октября 1971, Электродвижущий генератор электрического поля, Виллиямс Купер.
4897592 от 30 января 1990, Система, создающая мощность из энергии электростатического поля, Виллиямс Хайд.
4151431 от 24 апреля 1979, Мотор с постоянными магнитами, Говард Джонсон.
4806834 от 21 февраля 1989, Электрическая цепь индуктивных проводников, трансформаторов и моторов, Эрл Кениг.
3374376 от 19 марта 1968, Электрический генератор, Раймонд Кромри.
3977191 от 31 августа 1976, Источник мощности… Роберт Бритт.
3670494, Метод конвертирования атомной энергии в полезную кинетическую энергию.
4428193, Система извлечения полезной работы из топлива. В качестве топлива используется смесь инертных газов, циркулирующая в закрытой системе.
4709323 от 24 ноября 1987, Конвертор параллельного резонанса, Чарльз Лиен.
5146395 от 8 сентября 1992, Источник мощности, использующий две накопительные цепи, Ричард Мак Ки.
4210859 от 1 июня 1980, Индуктивное устройство, имеющее две ортогональные обмотки, Пауль Мерестский.
4500827 от 19 февраля 1985, Линейный электрический генератор, Томас Мерит.
4904926 от 27 февраля 1990, Электрический генератор магнитного движения, Марио Пацишинский.
4945273 от 31 июля 1990, Высокоэффективная электрическая машина, Джозеф Пинкертон.
4883977 от 28 ноября 1989, Преобразователь магнитной мощности, Деннис Реган.
4077001 Электромагнитный преобразователь со стационарными элементами, имеющими изменяемое магнитное сопротивление, Франк Ричардсон.
5018180 от 21 мая 1991, Конверсия энергии, использующая заряд высокой плотности, Кеннет Шолдерс.
4652771 от 24 марта 1987, Трансформатор с колебаниями магнитного потока, Теодор Спич.
4772816 от 20 сентября 1988, Система конверсии энергии, Джефри Спенс.
4748311 от 31 мая 1988, Инвертор с источником мощности для прерывателя параллельной резонансной цепи, настроенной на удвоенную частоту прерывателя, Фридрих-Вернер Томас.
Международный патент H02K 31/00, 39/00 от 24 июня 1982, Замкнутая часть униполярной машины, Адам Тромбли.
4835433 1987 год, Аппаратура для непосредственного преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую энергию, Браун П.М.
Патенты США по электрогравитации: 1363037 Goddard 21 Декабря 1920; 2004352 Simon 11 Июня, 1935; 2210918 Karlovitz 13 Августа, 1940; 2588427 Stringfield 11 Марта, 1952; 2231877 Bennet 18 Февраля 1941; 2279586 Bennet 14 Апреля 1942; 2305500 Slayter 15 Декабря 1942.
Английский патент номер 300,311 от 15 Августа 1927, Устройство для производства силы или движения при помощи электродов, Таунсенд Браун.
Французский патент номер 1003484 от 11/1951 года.
Электрогравитация.
3187206 от 1 июня 1965, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
3022430 от 20 февраля 1962, Электрокинетический генератор, Таунсенд Браун.
3018394 от 23 января 1962, Электрокинетический преобразователь, Таунсенд Браун.
2949550 от 16 августа 1960, Электрокинетическая аппаратура, Таунсенд Браун.
1974483 от 25 сентября 1934, Электростатический мотор, Таунсенд Браун.
4687947 от 18 Августа 1987, Электрическая цепь сохранения мощности, Мельвин Кобб.
4772775 от 20 Сентября 1988, Генерация потока плазмы в электрической дуге, Сэм Лич.
4432098 и 4429280, Передача информации при помощи магнитного векторного потенциала, Рейнолдс Гелинас.
Великобритания, No. 547668, 30 января (7 сентября) 1942 года, Мотор с постоянными магнитами, автор Стенли Хичкок.
Великобритания, Заявка No.2282708A, Мотор с постоянными магнитами, Роберт Адамс, Гарольд Аспден.

Патенты по расщеплению воды и использованию ее в качестве топлива, в том числе по «холодному синтезу»

4394230 патент США от 19 Июля 1983, Метод и аппаратура для расщепления молекул воды, Генри К. Пухарич.
2251775 патент Великобритании от 20 Апреля 1994, Термоэлектрическая конверсия, Гарольд Аспден.
5288336 патент США, Термоэлектрическая конверсия, Гарольд Аспден.

Организации и центры по изучению технологий свободной энергии

Русское Физическое Общество, 141002, Московская обл., Мытищи, Б.Шараповская 3. Факс 095-2926511. Издает журналы.
Институт Свободной Энергии, Санкт-Петербург, 193024, а/я 37. Общественная организация, база данных по исследованиям в области гравитации и альтернативной энергетике.
Academy for Future Sciences, P.O.Box FE, Los Gatos, CA 95031, USA.
AERI, Advanced Energy Research Institute, 14 Devonshire Mews West, London W1N 1Fp, Great Britain.
ADAS, Association of Distinguished American Scientists,P.O.Box 1472, Huntsville, AL 35807, USA. Fax 205-536-0411.
Borderland Sciences Research Foundation, P.O.Box 429, Garberville, CA 95440-0429, USA.
Centre for Action, P.O.Box 472, HCR 31, Sandy Valley, NT 89019, USA. Издает книги, журнал и распространяет видеоленты.
COSRAY, The Research Institute, Inc., 2505 South Forth Street East, P.O.Box 651045, Salt Lake City, UT 84165-1045, USA.
Delta Spectrum Research, Inc., 5608 South 107th East Av., Tusla, Oklahoma 74146 USA. Fax 918-459-3789. База данных по коммерческим проектам в области свободной энергии, в электронном виде - около 11 Мб. Высылает статьи по работам NASA в области электрогравитации:
Electrostatic levitator with feedback control; Hybrid contactless heating and levitator; Precision fabrication of electromagnetic-levitation coils и другие.
Electrodynamic Gravity, Inc., 35 W.Tallmadge Ave., Akron, Ohio 44310, USA.
Fusion Information Center, P.O.Box 58639, Salt Lake City, Utah 84158-0369, издает журнал о работах по «холодному синтезу» Fusion Facts, fax 801-583-6245.
Gravity Power Research Association, 36 Mountain Road, Burlington, MA 01803, USA.
GRI, Group Research Institute, P.O.Box 438, Nelson, New Zealand. Dr. Ashley Gray.
High Energy Enterprises, P.O.Box 5636, Security, CO 80931, USA. Fax 719-4750582. Издает книги Тесла и результаты работ его последователей. International Tesla Society Books.
Institute for Advanced Studies at Austin, 4030 Braker Lane W., Suite 300, Austin, TX 78759, USA.
INE, Institute for New Energy, 1304 South College Avenue, Fort Collins, CO 80524, USA. Издает журнал New Energy News, P.O.Box 58639, Salt Lake City, UT 84158-8639, USA. Доступ по EMAIL: [email protected].
Выслает сборник докладов конфренции по развивающимся проектам свободной энергии Denver Report’94.
Intergrity Institute, 1377 K Street, NW, Suite 16, Washington DC, USA. Fax 202-543-3069. Исследования по электрогравитации, инерциальным движителям, отрицательная масса, как энергетический источник.
Распространение материалов о работах Т.Т.Брауна по электрогравитации.
JPI, Japan Psychrotronic Institute, Dr. Shiuji Inomata, Electrotechnical Laboratory, 1-1-4 Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki 305, Japan.
Cosmic Energy Association, 37-2 Nisigoshonouti, Kinugasa, Kitaku, Kyoto, 603, Japan. Dr. Masayoshi Ihara.
Orgone Biophysical Research Laboratory, Inc.,P.O.Box 1395, E1 Cerrito, CA 94530, USA. Fax 510-526-5978.
Quantum Biology Research Laboratory, Cotati Research Institute, P.O.Box 60653, Palo Alto, CA 94306, USA.
PACE, Planetary Association for Clean Energy, Главный оффис в Канаде: 100 Bronson Av., Suite 1001, Ottawa, Ontario, Canada T1R 6G8. Fax 613-235-5876. Европейское представительство в Германии:
Planetartsche Vereinigung fur Saubere Energie, Inc. Feyermuhler Strasse 12, D-53894 Mechernich, FRG. Fax 49-24438221, EMAIL [email protected]. Представительство в Латинской Америке:
FUNDAPAC Allayme 1719, San Jose, Guaymallen, Argentina.
SEA, Space Energy Association, P.O.Box 11422, Clearwater, FL 34616, USA.
Tesla Book Company, P.O.Box 121873, Chula Vista, CA 91912, USA.
Tesla Incorporated, 760 Prairie Av., Craig, CO 81625, USA. Fax 303-824-7864. Модем 300/1200/2400 для Tesla BBS по телефону 719-486-2775.
ExtraOrdinary Science, Resource Guide, fax 719-475-0582. Официальный каталог книг, статей, видеоматериалов и баз даных Общества Тесла.
Журнал Explore, The New Dimension in Scientific Approach,P.O.Box 1508, Mount Vernon, Washington 98273, USA.
Журнал Electric Spacecraft Journal, P.O.Box 18387, Asheville, NC 28814, USA. Fax 704-683-3511.
Журнал Nexus New Times Magazine, P.O.Box 30, Maplepton Qld 4560, Australia. Fax 074-429381.
Журнал Cold Fusion Times, P.O.Box 81135, Wellesley Hills MA 02181, USA.
Журнал Infinite Energy, P.O.Box 2816, Concord, NH 03302-2816, USA. Издается центром Cold Fusion Technology, fax 603-224-5975, email: [email protected].
Журнал 21th Century Science & Technology, P.O.Box 16285, Washington, DC, 20041, USA.
Журнал Cold Fusion, 70 b Route 202N, Petersborough, NH 03458, USA.
Brown’s Gas International, 5063 Densmore Av., ENCINO, California 91436, USA. Изобретатель «газа Брауна», Yull Brown. Факс 818-990-4873 в США.
ENECO, Inc., 391-B Chipeta Way, Salt LAke City, Utah 84108, USA. Fax 801-5836245. Развивает несколько устройств генерации мощности за счет холодного синтеза как с тяжелой, так и с легкой водой.
«Robert Adams and Company» 46 Landing Road, Whakatane, Bay of Plenty, New Zealand. Роберт Адамс, исследования по созданию мотора-генератора с постоянными магнитами.
Methernitha, 3517 Linden, Switzerland. Менеджер Francis Bosshard.
Swiss Association for Free Energy, P.O.Box 10, 5704 Egliswilli, Switzerland.
Space Research Institute, Box 33, Uwajima, Ehime 79, Japan. Dr. Shinichi Seike. Fax 895-24-7325. Эксперименты по гравитации и изменению темпа хода времени при работе генераторов свободной энергии, измерения хрональных потенциалов.
Nuclear Power Corporation, 581 400 Karnataka, India. Project Director, Kaiga Project, Dr. Paramahamsa Tewari.
Cosmic Energy Foundation, Neptunuslaan 11, 3318 E1 Dordrecht Netherlands. Dr. Martin Holwerda, Director.
World Harmony, P.O.Box 361 Applecross 6153, Western Australia.
Другой оффис данной группы: U.S.World Harmony, P.O.Box 317, Rainier, WA 98576, USA.
Sabberton Research, P.O.Box 35, Southampton SO9 7BU, England, Dr. Harold Aspden.

Министерство образования Российской Федерации

Реферат на тему

«Вечный двигатель. Механический вечный двигатель. Анализ. Принцип работы. Что его тормозит? Как его заставить работать?»

Выполнил:

Проверил

Введение

Давно известно, что идея вечного двигателя неосуществима, однако она очень интересна и познавательна с точки зрения истории развития науки и технологий. Ведь в поисках вечного двигателя ученые смогли лучше понять основные физические принципы. Более того, изобретатели вечного двигателя являются яркими примерами для изучения некоторых аспектов человеческой психологии: изобретательности, настойчивости, оптимизма и фанатизма.

Вечный двигатель (perpetuum mobile, perpetual motion machine) – устройство, основанное на механических, химических, электрических или иных физических процессах. Будучи запущенным единожды, он сможет работать вечно и остановится только при воздействии на него извне.

Вечные двигатели делятся на две большие группы.

Вечные двигатели первого рода не извлекают энергию из окружающей среды (например, тепло), при этом физическое и химическое состояние его частей также остается неизменным. Машины такого рода не могут существовать исходя из первого закона термодинамики.

Вечные двигатели второго рода извлекают тепло из окружающей среды и превращают его в энергию механического движения. Такие устройства не могут существовать исходя из второго закона термодинамики.

Сегодня мы уже не можем ограничиваться лишь механикой (ведь есть электричество, магнетизм и т.д.), поэтому появились две категории вечных двигателей. Первые из них являются естественными (perpetuum mobile naturae), а вторые физическими, или искусственными (perpetuum mobile physicae).

Планеты миллиардами лет вращаются вокруг Солнца, являясь примером вечного движения. Это было подмечено еще очень давно. Естественно, ученые хотели повторить эту картину Божьего творения в уменьшенном масштабе, за что часто считались еретиками и становились жертвами инквизиции. В то же время, иезуиты придавали вечному двигателю огромное значение и тайно работали над его созданием.

Механический вечный двигатель.

Археологические изыскания выявили, что в Древней Греции идея бесконечного движения не вызывала особого интереса. Знания греческих инженеров и ученых о механике были довольно обширны, об этом свидетельствуют некоторые находки (например, механизм Герона). Естественных источников силы, как, например, водяных колес и труда рабов, было достаточно для нужд Греции. Конструкторская изобретательность была, в основном, направлена на создание механических игрушек и храмовых автоматов, создающих иллюзию самостоятельного движения. Было найдено всего несколько текстов 2000-летней давности с упоминанием вечного двигателя.

На Востоке же идея вечного двигателя была распространена широко. Первое упоминание о вечном двигателе, сконструированным индийским математиком и астрономом Брахмагупта (Brahmagupta) относится к 624 году н.э. В своем труде «Brahmasphutasiddhanta» он описал вечный двигатель так: «Сконструировать из светлых пород дерева колесо с полыми равномерно распределенными спицами, заполнить спицы до половины ртутью и запечатать, поместить колесо на горизонтальную ось. В части спиц ртуть будет подниматься вверх, а в остальных спускаться, обеспечивая непрерывное движение».

Лалла (Lаlla), другой индийский астроном, в 748 году написал трактат «Sisyadhivrddhida Tantra», описывающий схожий механизм, отличающийся только формой полых спиц.

Около 1150 года очередной индийский математик и астроном Баскара (Bhaskara) в труде «Siddhanta Siromani» описал механизм с полыми трубками, расположенными по окружности колеса. Он писал: «Эта машина вращается с большой силой. Потому что ртуть с одной стороны ближе к оси, чем с другой». Очевидно, он думал, что такая конструкция постоянно выводит систему из равновесия, поддерживая вечное движение. Считается, что он так и не испытал свое устройство (как, впрочем, и многие другие изобретатели вечных двигателей).

Начиная с 12 века основные принципы конструкции вечного двигателя модифицировались и объединялись, чтобы в конечном итоге стать частью истории технологий. Даже сегодня некоторые изобретатели обращаются к этим «несбалансированным колесам». Описанные конструкции несли в себе не только технический, но и религиозный, и философский смысл, как бы олицетворяя бесконечную смену времен года и реинкарнацию, поэтому многие храмы использовали эти символы. А сами вечные двигатели такой конструкции получили название индийских (в другой трактовке персидских или арабских).

В Средние века около 1235 года архитектор Виллар де Оннекур (Villard de Honnecourt) заинтересовался идеей вечного двигателя и был озадачен неудачами своих современников. Чтобы показать их невежество, он нарисовал простую, но весьма оригинальную машину. Ее непрерывное движение обеспечивалось за счет нечетного количества подвижных увесистых молотков, прикрепленных к ободу колеса.

Рассуждения Виллара довольно просты. Он ошибочно полагал, что всегда с одной стороны оси будут находится четыре молотка, а с другой три, создавая постоянный дисбаланс. Он не осознавал, что система в целом будет стремиться к статическому равновесию, когда с каждой стороны будут находиться по три молотка и один внизу. Поучительно, что и сегодня некоторые попадаются в эту ловушку.

В эпоху Возрождения интерес к вечному двигателю был поистине огромен. Например, большое количество чертежей с описанием конструкции вечного двигателя было сделано архитектором Франческо ди Джорджио (Francisco di Georgio). Один из довольно неплохих вариантов мы видим на рисунке. Это гидроприводная мельница с дополнительной помпой.

Машина использует непрерывную циркуляцию воды (рециркуляционная мельница). Поскольку извне вода не поступает, то такие механизмы иногда называют aqua morta, то есть «мертвая вода». Падающая вода запускает большое вертикальное колесо, которое посредством зубчатой передачи приводит в движение мельницу. Чтобы поднять воду вверх используются коленчатый вал и два рычага, скрепленных с осью колеса, приводящих в движение две помпы с цилиндрическими поршнями.

Джорджио описал несколько таких конструкций, часть из которых непрактичны, хотя и при воздействии извне могут работать.

В 1618 году английский физик и мистик Роберт Фладд (Robert Fludd) описал рециркуляционную мельницу, которая поднимает воду с помощью цепного насоса. Правда позже, видно поняв свою ошибку, он отказался от своего вечного двигателя, приписав его итальянским изобретателям.

Машины Джорджио, несомненно, были известны Леонардо да Винчи, интересовавшимся всеми механизмами, в том числе и движущимися бесконечно. До наших дней дошли часть его чертежей с изображением рециркуляционных мельниц с архимедовыми винтами. Он также описал сложные механизмы с заполненными ртутью полостями. В Немецком музее (Deutsches Museum) в Мюнхене имеется реконструкция его машины. Не смотря на то, что во времена да Винчи закон сохранения еще не был известен, гениальный изобретатель очень близко подошел к его идее. Он писал: «Падающая вода может поднять такое же количество воды… но мы должны учесть и потери силы на трение». Известны и наброски чисто механических вечных двигателей да Винчи, приводимых в движение катящимися шариками.

Несмотря на больной интерес да Винчи к самой идее вечного двигателя, он весьма скептически относился к мысли о практическом применении существующих конструкций. В одной из тетрадей великого изобретателя мы видим подтверждения невозможности вечного движения несбалансированного колеса.

Чертеж показывает, что ученый прекрасно понимал раскладку сил и вращающих моментов. Он считал, что попытка реализации вечного двигателя сродни поиску философского камня.

Стоит сказать об инженере Агостино Рамелли (Agostino Ramelli)(1531-1608), идеи которого актуальны и по сей день. В своем труде «Le diverse et artificiose machine» он описал механизмы, которые использовались уже после смерти их создателя, например, вентилятор. Рамелли был практиком, а потому не увлекся идеей вечного двигателя, поэтому он почти не упоминал о нем в своих трудах.

В конструкции придуманной им мельницы есть устройство, оптимизирующее ее работу. И этим устройством является несбалансированное колесо. Однако ниже написано: «Стоит упомянуть, что внутренняя часть колеса сделана мной лишь по просьбе джентльменов, решивших, что водяной поток не слишком быстрый, и это колесо должно помочь».

Известный механик середины XVII века Эдуард Сомерсет, маркиз Вустерширский, в свои пятьдесят лет решил на удивление всем заняться постройкой перпетуум мобиле доселе невиданных размеров. Честолюбивые намерения этого достопочтенного и преданного короне дворянина нашли полную поддержку у его государя Карла I. Старый лондонский Тауэр стал свидетелем грандиозных приготовлений. Вместе со своими помощниками маркиз соорудил огромное колесо диаметром более 4 метра с размещенными по его периметру 14 грузами весом по 50 фунтов каждый. К сожалению, в сообщениях об этом широко разрекламированном опыте, при котором присутствовал сам король со своим двором, о результатах экспериментов подробно не говорится. Известно лишь, что к этому своему опыту Сомерсет никогда более не возвращался; позднее он занимался строительством парусного экипажа и другими смелыми по тому времени проектами.

Некоторое видоизменение машины Сомерсета представляет собой перпетуум мобиле; откидывающиеся грузы заменены в нем шарами, свободно перекатывающимися в клиновидных камерах, прикрепленных к ступице колеса. Автор проекта исходил из предположения, что шары, подкатившиеся к внешнему краю колеса, будут обладать большим силовым моментом, чем шары, находящиеся в суженной части камер вблизи его оси.

Примерно в то же самое время, в первой половине XVII в., известный астроном и член ордена иезуитов Христофор Шейнер сделал важное открытие - он обнаружил пятна на поверхности Солнца. Однако для нас более интересным представляется его сочинение «Комментарий к основаниям гномоники», изданное в Ингольштадте в 1616 г. В нем автор описывает оригинальную идею еще одного перпетуум мобиле, которому он дал громкое название «шейнеров гномон в центре мира».

Постоянное движение гномона Шейнер обосновывал следующим образом. Произвольная точка, выбранная в качестве центра мира, одновременно будет являться и центром гравитации. Если раскрутить рычаг с перпендикулярно установленным на одном его конце гномоном так, чтобы свободный конец рычага проходил через этот центр гравитации, вся система придет в непрерывное вращение, потому что сила, притягивающая гномон с рычагом к центру гравитации, будет одинаковой во всех точках траектории.

Идея Шейнера сразу ж вызвала многочисленные возражения современников. Так, собрат Шейнера по ордену иезуитов астроном Джиованни Баптиста Риччиоли утверждал, что гномон моментально упадет в центр гравитации по наикратчайшему пути. Другой математик того времени Марио Беттино не без иронии заявил:

«Да, это будет перпетуум, но не мобиле, а покоя!»

Хотя Галилей и не был приверженцем идеи перпетуум мобиле, один из его учеников - Клеменс Септимус попытался построить вечный двигатель.

У этого устройства вместо обычных грузов в плотно закрытом с концов цилиндрическом барабане вращалась плоская непроницаемая лопатка, разделявшая два вещества различной плотности. Одна половина цилиндра, FAG, наполнялась ртутью или водой, другая, FBG, - маслом или воздухом (т.е. более легким веществом). Работа этого устройства предполагалась следующей. Поскольку на CA действует больший вес ртути, то плечо рычага перейдет в положение DE, а центр тяжести окажется в некоторой точке D, лежащей между A и C. Так как ртуть несжимаема и вместе с тем она не может проникнуть в другую половину цилиндра, то весь барабан начнет вращаться в направлении C. Но вследствие этого движения центр тяжести системы опять переместится в исходное положение, и все повторится сначала. На основе построенной таким образом функциональной схемы Клеменс пришел к выводу, что данный перпетуум мобиле сразу же после его изготовления должен прийти во вращательное движение и оставаться в этом состоянии вечно без какого-либо подвода энергии извне.

Против ошибочных взглядов Клеменса Септимуса выступил его друг итальянский физик Альфонсо Борелли. В опубликованном в 1670 г трактате «О естественном движении и подвешенных грузах» он подробно описывает машину Клеменса, категорически отрицая возможность ее работы с циклическим движением шаров по замкнутому пути.

В следующем примере, заимствованном из того же источника, движущим элементом перпетуум мобиле вновь является сила тяжести.

Правда, при первом взгляде вам не может не показаться, что этот вечный двигатель несколько великоват: ведь главная его часть - это вся наша Земля с просверленным насквозь от полюса к полюсу прямым каналом, герметически закрытым с обоих концов. По представлению изобретателя, массивный шар, изготовленный из достаточно плотного материала, должен колебаться от одного конца канала к другому сколь угодно долго.

В заключение этого краткого обзора наиболее часто встречающихся типов механических вечных двигателей приведем еще два интересных примера. Принцип действия первой из этих машин схема 34 по внешнему виду необычайно прост разница в весе между более длинной частью ремня, проходящей между промежуточными роликами, и его прямой, вертикальной частью, обеспечивает неравенство сил, служащее причиной постоянного движения всей системы. Подобный тип перпетуум мобиле был, по-видимому, прежде необычайно популярен, поскольку он часто встречается в литературе во многих вариантах: с ремнями, цепями и т.п.

Многочисленные попытки создания вечного двигателя, приводимого в действие силой тяжести различных масс в виде откидных рычагов, неуравновешенных шаров и т.п., с самого начала исходили из неверного предположения о том, что для приведения такой машины в непрерывное движение достаточно сместить центр тяжести ее вращающейся части (колеса, рычагов и т.д.) из положения равновесия, т.е. сдвинуть его с оси вращения. Это ошибочное понимание закона тяготения, по всей видимости, имело своими главными причинами несколько консервативный взгляд на статику тел, а также почти полное отсутствие опыта практического применения новых законов динамики, установленных Галилеем.

Член английского Королевского общества механик и астроном Джеймс Фергюсон в качестве протеста против всё умножавшихся проектов новых вечных двигателей, в бессмысленности которых он нисколько не сомневался, построил модель перпетуум мобиле, показанную на рисунке.

По внешнему виду эта модель мало чем отличалась от описанных выше устройств. Правда, в дополнение к откидывающимся грузам на концах звездообразно расположенных рычагов Фергюсон использовал еще набор грузов, передвигавшихся в особых каретках в направлении касательной к окружности вращения и перпендикулярно соответствующему рычагу. Одновременно перемещение грузов с помощью совокупности специальных блоков и тросов связывалось с движением откидывающихся рычажков; при этом каждый рычажок соединялся тросом с тем грузом, который отстоял от него по окружности на 90° в направлении движения часовой стрелки. С помощью подобной взаимной комбинации исходных элементов Фергюсон намеренно хотел усилить действие исследуемой машины, чтобы, если все попытки привести ее в движение окажутся безуспешными, наглядно показать, что идея перпетуум мобиле целиком принадлежит царству фантазии. Весьма вероятно, что модель Фергюсона была не единственным выступлением против самой сущности идеи вечного двигателя, поскольку с критикой разных типов этих машин мы встречаемся и в целом ряде других сочинений того времени.

Отметим, что, пожалуй, никто из изобретателей вечного двигателя не задавался более легкой задачей, чем Фергюсон: ведь для своего эксперимента он мог выбрать любую машину своих противников, будучи заранее уверенным, что его попытка доказать невозможность вечного двигателя непременно окажется успешной.

Невозможность создания вечного двигателя

Попытаемся рассказать о законах природы, исключающих возможность создания перпетуум-мобиле.

Постройте машину, которая совершала бы работу большую, чем сообщенная ей энергия, и вы решите проблему вечного движения.

Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея ни какого внешнего источника. Представьте, что нужно рассчитать баланс энергии, затрачиваемой на совершение того или иного вида работы, будь то движение океанского лайнера, или забивание гвоздей, или полет со сверхзвуковой скоростью. В любом случае количество затраченной энергии всегда должно быть равно количеству энергии произведенной или выделившейся в результате совершения работы. Энергия, которую мы не совсем точно называем потерянной, на самом деле не изчезает. Просто она переходит в иную форму, при этом исключается возможность ее дальнейшего превращения в механическую или электрическую энергию. Так получается оттого, что в результате трения происходит нагревание и часть энергии выделяется в виде тепла. И это вообще говоря справедливо для потерь любого вида энергии, ибо они в конечном счете всегда превращаются в тепло.

Эту же мысль можно выразить и иными словами: во всех случаях общая конечная сумма энергии равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает, но переходит в другую форму, иногда малополезную или совсем бесполезную. Например, тепло, выделяемое в двигателе внутреннего сгорания, - ненужный и, тем не менее, неизбежный продукт превращения энергии. Его можно использовать, скажем, для обогрева салона автомобиля, но сделаем мы это или не сделаем - все равно часть работы, совершаемой двигателем, будет тратиться на тепловые потери.

Все, о чем говорилось выше, и представляет собой суть важнейшего закона природы - закона сохранения энергии, или первого начала термодинамики.

Мы уже говорили, что вечный двигатель должен совершать полезную работу, не имея никаких внешних источников энергии. Проще сказать, в нем не должно сжигаться топливо и к нему не должны прикладываться механические усилия. Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой нереализуемой машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученные прошлого приняли как аксиому невозможность создания перпетуум-мобиле и тем помогли пробиться росткам новой науки.

Порой легко доказать негодность того или иного проекта вечного двигателя и тем самым показать, что данный конкретный способ его реализации не приведет к желаемому результату. Но это вовсе не означает, что автоматически исключается возможность построения перпетуум-мобиле другими средствами. Поэтому, до тех пор, пока не был четко сформулирован закон сохранения энергиги, невозможность создания механического вечного двигателя, установленная многовековым опытом, вовсе не означала невозможность создания, скажем двигателя химического. Конечно, бесплодность поисков вечного движения признавалась еще до того, как этот закон стал достоянием науки. Однако это мнение основывалось не на некоторых общих положениях, а на анализе принципа действия отдельных "машин вечного движения". Тщательное рассмотрение очередного проекта всегда обнаруживало какие-нибудь теоретические ошибки, из-за которых двигатель не мог работать, а претензии изобретателя оказывались несостоятельными.

В разработку общепринятого ныне критерия неосуществимости вечного движения, провозглашающего невозможность создания энергии из ничего, внесли свой вклад философы, математики, инженеры. Закон сохранения энергии стал неизбежным препятствием для изобретателей перпетуум-мобиле. И все попытки преодолеть это препятствие кончались крахом.