Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Ноября 2013 в 23:18, контрольная работа
На этот вопрос можно дать несколько ответов. Даже идею вечного двигателя многие считают беспочвенной фантазией и бессмыслицей, которая многих сбила с праведного пути. Физик скажет, что perpetuum mobile представляет собой двигатель, который, будучи однажды приведен в движение, сам по тебе удерживается в этом состоянии сколь угодно долго и при этом в случае необходимости способен еще совершать полезную работу.
Что же такое вечный двигатель?
Наиболее ранние сведения о вечных двигателях.
Античная механика и perpetuum mobile.
Первые попытки создания вечных двигателей.
Период наивысшего расцвета идеи perpetuum mobile.
Механические вечные двигатели.
Гидравлические вечные двигатели.
Мнимые perpetuum mobile.
Мошенничество с изобретением Орфиреуса
Вечные часы из Шо-де-Фона
Perpetuum mobile из Нового Света.
Более современные вечные двигатели.
Возвращение к проблеме вечного движения в космическом веке.
Вечный двигатель — машина, которая никогда не была и не будет построена.
На этот вопрос можно дать несколько ответов. Даже идею вечного двигателя многие считают беспочвенной фантазией и бессмыслицей, которая многих сбила с праведного пути. Физик скажет, что perpetuum mobile представляет собой двигатель, который, будучи однажды приведен в движение, сам по тебе удерживается в этом состоянии сколь угодно долго и при этом в случае необходимости способен еще совершать полезную работу. Но что подразумевается под словами «сколь угодно долго»? Означает ли это «вечно, всегда»? А что следует понимать под выражением «сам по себе»? Если заменить его, например, словами «собственной силой», то откуда и как возникает эта сила? Ученые разных времен подвергали приведенное определение обстоятельному анализу, однако в окончательных выводах они бывали, единодушны далеко не всегда. Так, одной из наиболее примечательных проблем в полемике являлась, к примеру, задача сохранения вечного движения, т.е. поддержания его в условиях ограниченной прочности, старения материалов и увеличивающегося износа деталей двигателя. Другая спорная проблема заключалась, так сказать, во «внутренней ценности» такой машины, когда решался вопрос, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собранной полностью, немедленно начнет работать сама по тебе, или все же допустимо сообщить подобному устройству некий начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам perpetuum mobile условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.
В старой научной литературе, например в «Физическом слове» Гелера, изданном в Лейпциге в 1833 г., можно встретиться с двумя основными категориями самодвижущихся машин — физический вечный двигатель (perpetuum mobile physicae) и естественный вечный двигатель (perpetuum mobile naturae). К первой группе так называемых физических вечных двигателей относились самодвижущиеся устройства чисто механического характера, принцип действия которых основывался на использовании некоторого известного физического явления. Например, на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях и т.п. Проекты естественных вечных двигателей, относившихся ко второй группе, связывались преимущественно с циклически повторяющимися природными явлениями или же основывались на принципах небесной механики. Другое важное определение вечного двигателя, с которым мы сталкиваемся у более поздних исследователей, исходит из представления об идеальной машине, которая работает без потерь и всю сообщенную ей энергию может преобразовать в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии. Согласно обоим этим определениям, исходный принцип создания вечного двигателя кажется внешне необычайно простым. В то же время весьма примечательным и типичным для своей эпохи представляется рассуждение о perpetuum mobile известного немецкого ученого Иоганна Фон Поппе, работавшего в Тюбингене в первой половине XIX в.:
«В течение уже нескольких столетий существуют механики, в основном, правда, с не слишком глубокими познаниями, затрачивающие неимоверные усилия на изобретение perpetuum mobile. Но, как утверждает Кёстнер, perpetuum mobile есть химера, которая завела в трясину безысходности многих людей. Действительно, если мы будем понимать под этим объект, который все время, без привода энергии извне, находится в непрерывном движении, а значит, не подвержен нашей обычной земной бренности, то каждый разумный человек сразу уяснит себе, что такая вещь никак не может существовать на свете. Однако же, если называть вечным двигателем машину, которая при своей работе способна беспрестанно восстанавливать первопричину своего непрерывного движения, т.е. машину, в которой сила, вызывающая движение, действует непрерывно и без какого бы то ни было внешнего влияния вплоть до момента, пока эта машина не остановится сама, из-за собственного износа (насильственная остановка не принимается во внимание), то изобретение такой машины, хотя и очень затруднительно, но, по мнению наших крупнейших математиков, является делом вполне возможным».
В эпоху средневековья работы над
созданием вечного двигателя
зачастую бывали окутаны покровом тайны
и окружены всевозможными домыслами
и суевериями. Многие тогдашние ученые
упоминали изобретение perpetuu
Итак, с одной стороны, — страсть к богатству и жажда власти, а с другой — стремление изобрести машину, которая без каких-либо затрат выполняла бы работу множества людей.
Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно и назвать первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического perpetuum mobile был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто:
«Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».
Интересно, что схемы первых вечных двигателей строились на основе простых механических элементов и даже в более поздние времена включали в себя все те же рычаги, которые закреплялись по окружности колеса, вращавшегося вокруг горизонтальной оси. Выбор этих механических элементов логически вытекал из того факта, что самыми доступными и наиболее глубоко исследованными областями науки в ту пору являлись механика твердых тел и механика жидкостей. Заслуживает внимания также и то обстоятельство, что в качестве основного конструктивного элемента использовалось именно колесо. Древнеиндийские философы учили, что регулярно повторяющиеся события, составляющие воображаемый круговой цикл, играют очень важную роль в жизни человека, являясь для него символом вечности и совершенства. Еще в ведической религии — религии древних индусов, колесо символизировало божественное начало. Размеренное движение солнечного диска, а также Луны с ее характерной круглой формой в период полнолуния служили источником вдохновения не только из-за своего внешнего вида, но и благодаря удивительной регулярности их циклически повторяющегося движения. Так колесо сделалось символом движения, а 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.
В
сознании человека того времени движение
небесных тел представлялось образцом
вечно продолжающегося
Именно поэтому в движении космических тел многие ученые того времени стали усматривать знак или пример того, как в доступных человеку условиях смоделировать вечные и непрестанно повторяющиеся явления природы, связывавшиеся до тех пор лишь с неограниченными возможностями богов и их бессмертием. Впрочем, в мифологии почти всех народов мира существовали упоминания о созданных рукой человека предметах и вещах, проявление или действие которых обладало неограниченными временными характеристиками. С этой точки зрения одним из бесспорных видов perpetuum mobile можно считать и описанную Блаженным Августином вечную лампу хотя, несомненно, недостаток внешнего сходства оказывается тут весьма ощутимым. Непрестанно продолжающееся движение подменено здесь вечным светом, который якобы испускала эта лампа в храме Венеры: несмотря на то, что лампу никогда не заправляли маслом, пламя ее было таким мощным и сильным, что его не могли загасить ни дождь, ни ветер. Лампа, упоминаемая Августином, не была единственной в истории всех этих странных и загадочных явлений. Так, сохранилась легенда о том, что в 1345 г. на могиле дочери Цицерона Туллии был найден аналогичный светильник, горевший без перерыва полторы тысячи лет.
Сведения о горящих вечно лампах относятся к преданиям, которые, несмотря на свою неправдоподобность, свидетельствуют об огромной фантазии человека и стремлении построить или получить в свое владение нечто такое, что по своему постоянству приближается к представлению о связанном с вечностью божественном совершенстве. Вполне возможно также, что создатели этих легенд так выражали свою мечту о бессмертии.
В арабских странах мы начинаем встречаться с проектами вечных двигателей, аналогичных по устройству механическому perpetuum mobile индуса Бхаскары, уже примерно с 1200г. Одно из таких арабских самодвижущихся колес, пустотелый обод которого частично заполнен водой и ртутью. Согласно приведенной схеме сил, момент силы, создаваемый весом столбика воды F1, действующим на плечо r1 по направлению к центру вращения колеса, должен превышать момент силы, создаваемый весом ртути F2, действующим на плечо r2. В качестве основного условия успешной работы этого устройства принималось выполнение неравенства:
F1 • r1 > F2 • r2
Арабские механики пользовались и другими комбинациями основных конструктивных элементов. Например, сочлененными деревянными рычагами и т.п. Однако главной частью их машин все же продолжало оставаться большое колесо, вращавшееся вокруг горизонтальной оси. Все эти вечные двигатели, принцип действия которых был весьма сходен с работой индийских самодвижущихся колес, в арабских странах разрабатывались главным образом для того, чтобы приводить в действие устройства для заполнения водой оросительных каналов.
Оба представленных примера perpetuum mobile могли бы создать у Вас превратное представление об уровне средневековой арабской механики. Вышедший недавно перевод сочинения известного арабского изобретателя машин и автоматов ал-Джазари «Книга о познании хитроумных механических приспособлений», написанного автором в 1206 г., свидетельствует о высоком уровне арабской техники, основывавшейся на использовании вполне реальных функциональных принципов и элементов конструкций. Эта книга, состоящая из шести частей, содержит подробные описания разнообразных гидравлических машин, насосов, водяных часов-клепсидр, музыкальных автоматов со сложной механикой фигур и т.п. До опубликования труда ал-Джазари оставалось неясным происхождение многих конструктивных элементов, с которыми мы впервые сталкиваемся в Европе у инженеров эпохи Возрождения. Так, например, конический клапан, встречающийся в альбомах чертежей Леонардо да Винчи, мы находим уже у ал-Джазари.
Первое упоминание о вечном двигателе относится лишь к 1150 г. Но означает ли это, что античная наука, и в частности механика, не интересовалась проблемой вечного движения? Ответить на этот вопрос нам поможет беглый взгляд на античное общество, на законы, по которым оно развивалось, а также на практику использования им орудий труда и инженерных знаний при постройке разного рода машин.
Вечное движение являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений в окружающей жизни греческая философия уделяла много внимания. Приведем лишь один пример. Пифагорейцы, как и древние греки вообще, были буквально очарованы кругом. Они считали, что по круговым траекториям движутся не только небесные тела, но и человеческие души. Но в отличие от нежных тел, которые движутся по идеальным окружностям, а потому движение их вечно, человек не способен «проследить начало и конец своей дороги» и тем самым осужден судьбой на смерть.
При исследований условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, даже теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения, а следовательно, и вечного двигателя. С их точки зрения, движение тел на Земле ускоряется по направлению к ее центру. Правда, эти тела, если их застаешь, могут перемещаться и по круговым траекториям, однако это движение не будет «совершенным». О телах, движение которых было бы действительно круговым, Аристотель говорит, что они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как эти тела «не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию, однако, удовлетворяют только небесные тела. Это заключение привело далее Аристотеля к выводу, что движение космоса есть мера всех других движений, поскольку только оно одно является постоянным, неизменным и вечным.