Вечные двигатель: история проблемы

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

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

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

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

Александр Степанович Фабристов, Самарский изобретатель, увлеченный идеей вечного двигателя, много сочинил его конструкций, создал много образцов, но все неудачно. И, наконец, устройство, которое он называет "вечный двигатель", и которое, как он убежден, способно вырабатывать "бесплатную" энергию только за счет сил гравитации. Его устройство не так уж хитро по конструкции и состоит из 8 металлических "стаканов", укрепленных на крестовине, из свинцовых уголков, храповиков и двух шестеренчатых дуг. "Стакан", прикрепленный к крестовине, движется по кругу, проходит через одну дугу - угольник внутри перемещается и силовое плечо становится больше. Проходит через другую - угольник встает на прежнее место. Так, что получается, что у четырех "стаканов" с одной стороны масса значительно больше, чем у стаканов с другой, из-за действия сил гравитации. К сожалению его "вечный двигатель" не запатентован, и не апробирован, так как и наш российский институт патентной экспертизы не принимает к рассмотрению проекты таких двигателей.  Создать же опытный образец изобретателю - одиночке не под силу, а промышленным предприятиям вроде бы и неприлично заниматься разными выдумками. А ведь, по идее, это экологически чистый двигатель, не портящий ландшафт и природу, не загрязняющий атмосферу.

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

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

Всемирно известный в области механики советский академик Борис Викторович Раушенбах считает такие решения научных организаций ошибочными и вредными для дальнейшего развития науки. Он утверждает, что наука должна глубоко исследовать, доказывать и терпеливо разъяснять, а не пресекать и, тем более, не запрещать любые изобретения ("не накидывать уздечку на исследовательскую активность, куда бы она не расходовалась"). Понятно, что принцип сохранения энергии никакими конструкциями вечных двигателей не поколебать, но возможны уточнения, выяснение сфер его применения и пересечения с другими физическими принципами. Открылось же, например, что этот закон комбинируется с законом сохранения массы и такое проявление пошло на пользу более глубокого осмысления этих двух законов. 

На практике такие устройства оказались не работоспособными, а заявленная их авторами дополнительная энергия (сверх затраченной) существовала на самом деле, на уровне погрешности экспериментов либо была чистым вымыслом авторов. Возможно, их авторы при расчете эффективности (когда получили КПД много больше 1) учли далеко не все факторы... В большинстве же случаев просто было выдано желаемое за действительное, как общеизвестная работа Флейшмана и Понса по открытию "холодного" термоядерного синтеза, который наделал много шума из ничего и был закрыт...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

 

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, в котором откидывающиеся грузы заменены 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. В сочинении «Комментарий к основаниям гномоники», изданное в Ингольштадте в 1616 г., 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 же 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!»

В 60-х годах XVIII века интересный вариант вечного двигателя с неуравновешенными шарами предложил некий Ульрих из Гранаха: для подачи шаров к верхней части ведомого колеса автор использовал архимедов винт, т.е. элемент, с которым мы встречались еще у Леонардо да Винчи.

Вечные двигатели с неуравновешенными шарами имели много разновидностей В большинстве случаев принцип их действия оказывался по существу одинаковым, а доставка шаров обратно в исходную точку их траектории осуществлялась различными способами. Так, в одном из перпетуум мобиле, шары поднимаются наверх с помощью бесконечной ленты с черпаками.

Еще один перпетуум мобиле, состоявший из звездчатого колеса с восемью рычагами, имел дополнительно четыре пары взаимно соединенных мехов Связь между противоположными мехами осуществлялась с помощью полых трубчатых рычагов, наполовину заполненных ртутью. Прикрепленные к мехам грузы при повороте колеса поочередно сжимали и разжимали меха, при этом ртуть внутри рычагов переливалась так, что возникавшее в результате неравновесие сил приводило всю систему в режим постоянного вращения.

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.

До сих пор при исследовании эволюции идеи перпетуум мобиле мы продвинулись не слишком далеко, сумев подробно рассмотреть лишь механические вечные двигатели, приводившиеся в действие гравитационными эффектами. Колеса, молотки, шары, противовесы, цепи, ремни, рычаги, зубчатые передачи вот главные детали того «конструктора», из которого собирали элементы своих фантастических машин изобретатели тех времен. При этом большинство из них было абсолютно убеждено в глобальной справедливости своей идеи, или же, по крайней мере, проникнуто твердой верой в нее. В самом деле, вряд ли можно найти человека, который занимался бы постройкой какой-нибудь машины, специально задавшись целью доказать ее бессмысленность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЕЧНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

 

Один из неписаных законов жизни утверждает, что авторы самых важных открытий и изобретений часто остаются безвестными — время уносит имена этих людей раньше, чем окружающие успевают заметить их свершения. Вот уже тысячи лет вертятся лопатки водяного колеса — замечательнейшей машины давнего прошлого, машины, сопровождавшей развитие цивилизации с самого начала ее зарождения до настоящего времени. Тысячи мельниц, пил и насосов приводил в действие этот двигатель, который наряду с мускульной силой человека и животных столетиями являлся единственным реальным источником их двигательной силы. Правда, несмотря на свою простоту, водяное колесо обладало и существенным недостатком — оно нуждалось в достаточном количестве проточной воды вне зависимости от времени года. Должно быть, именно поэтому большой популярностью пользовалась идея работы водяного колеса в замкнутом цикле, что позволило бы сделать его независимым от изменчивых водяных потоков и тем самым обеспечить более широкое его использование. Слабость же этой идеи заключалась в том, что оставалось неясным, как доставлять воду обратно, к лотку, питающему лопатки водяного колеса.