Александр Краснов - Возможен ли вечный двигатель?

В XVIII веке было предложено два таких двигателя. На рисунке 7 представлен колёсный вечный двигатель, состоящий из двух частично заполненных ртутью стеклянных трубок, накрест соединённых между собой и закреплённых на валу.

Рис. 7. Вечный двигатель с переливающейся ртутью в стеклянных трубках (XVIII век).

Сила тяжести ртути, находящейся в левом конце трубки 1–3 , как указано на рисунке 7, потянет её вниз. Колесо повернётся на четверть оборота против часовой стрелки.

Когда эта трубка достигнет положения Б-Г , конец трубки 2 займёт положение В . Из него ртуть перетечёт в противоположный конец трубки 4 , находящийся в точке А . Снова сила тяжести ртути потянет трубку вниз, и так бесконечно, как полагал изобретатель.

А вот другой вечный двигатель с переливающейся в нём ртутью (рис. 8).

Рис. 8. Вечный двигатель с переливающейся ртутью и с мехами (XVIII век).

Он состоит из скреплённых между собой, как спицы колеса, четырёх труб. На обоих концах каждой трубы прикреплены кожаные камеры в виде кузнечного меха. На каждой верхней крышке меха имеется груз.

По предположению изобретателя, этот вечный двигатель должен был действовать следующим образом: ртуть, скопившаяся в мехах А, Б, В , нарушает равновесие, и колесо вращается по часовой стрелке. Лишь мех Г , наполненный ртутью, противодействует этому движению. Но как только труба Г-З достигнет положения I–II , груз, нажимая на мех Г , выдавливает ртуть в мех З ; нарушение равновесия продолжается, как продолжается и беспрерывное вращение.

Но этот вечный двигатель, как и предыдущий, к огорчению изобретателей, вращался лишь некоторое время. Израсходовав энергию, затраченную на его пуск, он останавливался.

Три десятилетия назад в витринах многих часовых мастерских находились прекрасно отделанные часы, подобные изображённым на рисунке 9.

Рис. 9. Вечные «самозаводящиеся» часы (XX век).

Это устройство представляло комбинацию часового механизма с вечным двигателем, состоящим из: верхней площадки для запаса шариков; колеса, которое вращается под действием силы тяжести шариков, падающих на него с лотка верхней площадки; сборника шариков и транспортёра, подающего их наверх.

По предположению изобретателя, колесо, приводимое в движение энергией падения шариков, сообщает движение шестерням часового механизма и транспортеру, поднимающему такое же количество шариков, какое упало.

Но движение этого механизма возможно лишь в том случае, если количество шариков, действующих на колесо, будет больше поднимаемых транспортёром. Ведь нужно преодолеть ещё и силы трепня в механизме. В данном случае количество падающих и поднимаемых шариков одинаково. Поэтому на поднятие избыточного числа их надо затрачивать дополнительную энергию. А у вечного двигателя её нет. Значит её надо подводить извне. Какой же это вечный двигатель, если для поднимания лишних шариков надо затрачивать дополнительную энергию? Понятно, что вечно часы работать не будут.

О том, что самозаводящиеся часы, поднимающие вверх гири, движущие их механизм, создать невозможно, говорил итальянский учёный Джероламо Кардано ещё в XVI веке (1501–1576 гг.). Но на это разумное предостережение изобретатели вечного двигателя не обращали внимания.

Все только что описанные проекты и бездействующие модели вечных двигателей относятся к одной группе колёсных, или механических вечных двигателей. Принципиальная схема их устройства проста. Грузы, размещённые с одной стороны оси вращения, постоянно, как предполагали изобретатели, действуют с большим усилием, чем с другой. Следовательно, рассуждали они, при таком распределении грузов равновесие колеса беспрерывно нарушается, и двигатель будет совершать работу вечно, не требуя дополнительной энергии. К огорчению изобретателей, несмотря на массу выдумки и остроумия, проявленную ими, этого не получалось — двигатели не работали.

Среди изобретателей вечных двигателей встречались сомневающиеся в их осуществлении. Свои сомнения одни довольно убедительно высказывали, другие к тому же научно обосновывали их, подкрепляя расчётами.

В конце XVII и начале XVIII века механик Яков Лейпольд простым вычислением доказал неосуществимость, невозможность колёсных вечных двигателей. Рассмотрим эти его вычисления на «изобретении» В. Чепера (рис. 4) и Жана Клюпо. Это наиболее характерная конструкция колёсного вечного двигателя, которую изобретатели много раз на протяжении более семисот лет повторяли, изменяя в ней лишь количество откидывающихся стержней с грузами.

Я. Лейпольд решал задачу следующим образом. От центра каждого груза и от центра оси вращения колеса вечного двигателя он провёл перпендикуляры на горизонтальную линию АБ (рис. 10).

Рис. 10. Расчеты Я. Лейпольда, доказывающие невозможность колёсного вечного двигателя (XVII–XVIII века).

Далее для простоты решения Я. Лейпольд рассматривал эту линию АБ как рычаг, опирающийся в точке О , то есть в точке пересечения перпендикуляра, опущенного на линию АБ от центра оси колеса. Грузы же, приложенные к воображаемому рычагу, он рассматривал как силы, стремящиеся повернуть колесо по часовой стрелке с правой стороны, а с левой — против часовой стрелки.

Чтобы разобраться в дальнейших действиях Я. Лейпольда, обратимся к одному из правил механики о моменте силы.

Момент силы — это произведение силы на плечо.

Под действием силы 8 кг , например, приложенной к плечу длиной 750 мм от оси вращения (рис. 10 внизу), возникает момент силы: 8 X 750 = 6000 кгмм . Под действием этого момента рычаг ВД должен вращаться вокруг точки Г . В расчёте Я. Лейпольда момент сил, действующих на рычаг АБ слева от опоры О на отрезке АО , можно выразить следующими цифрами (рис. 10): 5 кг X 350 мм + 5 кг X 340 мм + 5 кг X 275 мм + 5 кг X 240 мм + 5 кг X 190 мм + 5 кг X 120 мм + 5 кг X 110 мм = 8125 кгмм .

Этот момент сил, равный 8125 кгмм , стремится повернуть рычаг АБ вокруг точки О против часовой стрелки.

Момент сил, действующих на рычаг АБ справа от опоры О на отрезке ОБ , можно выразить следующими цифрами (рис. 10): 5 кг X 500 мм + 5 кг X 445 мм + 5 кг X 430 мм + 5 кг X 250 мм = 8125 кгмм .