Wyobraź sobie, że twój telefon komórkowy nigdy się nie rozładowuje, kierowcy nie znają słowa „tankowanie”, a sztuczne narządy wytrzymują dłużej niż prawdziwe. Dziś nawet dzieci wiedzą, że za wszystko trzeba zapłacić, aw szkole uczą, że nic nie bierze się z niczego. Jednak kilkaset lat temu naukowcy argumentowali, że pasażerowie pociągów z pewnością umrą z powodu uduszenia się rozrzedzonym powietrzem, a krowy poronią na widok samochodów. Czasy się zmieniają. Czym jest wieczność? Czas istnienia Wszechświata? Jest w nim więcej niż wystarczająco energii. Czy naprawdę nie da się zbudować silnika wykorzystującego ukryte rezerwy wszechświata, z okresem gwarancyjnym „aż do następnego Wielkiego Wybuchu”?
Nieosiągalne marzenie każdego inżyniera. Kamień filozoficzny mechaniki. Narzędzie sprytnych oszustów i atrybut wielu fantastycznych dzieł. Poznaj: perpetuum mobile.
Niemożliwe jest możliwe
Perpetuum mobile jest możliwe. Przynajmniej nie jest to sprzeczne z mechaniką kwantową i pierwszym prawem Newtona (punkt materialny pozostaje w spoczynku lub ruch jednostajny dopóki wpływy zewnętrzne nie zmienią tego stanu). Nie tak dawno temu astronomowie z University of Minnesota odkryli w kosmosie „wielkie nic” – pustą przestrzeń o długości około miliarda lat świetlnych. Jeśli wyobrazimy sobie, że nie zachodzą w nim żadne interakcje, to rzucony tam kamień poruszałby się z nim stała prędkość aż do śmierci wszechświata. Czyli właściwie na zawsze.
Jednak jeśli chodzi o perpetuum mobile, zwykle mamy na myśli układ, który generuje więcej energii niż zużywa (traci ją na tarcie, opór powietrza itp.), dzięki czemu można go wykorzystać na dowolne potrzeby domowe. Przed wynalezieniem pary lub napędy elektryczne mięśnie były jedynym uniwersalnym i mobilnym źródłem energii. Mechanizmy sprężynowe i wahadłowe nadawały się tylko do przyłożenia niewielkiej siły przez długi czas (godziny). Najpotężniejszymi silnikami stacjonarnymi były wodne i wiatraki.
To znacznie ograniczyło mechanikę. Na przykład w średniowieczu nie było trudno zbudować wentylator sufitowy lub ruchome schody, ale kto mógłby je kręcić bez przerwy przez cały dzień? To całkiem logiczne, że ludzie marzyli o „darmowym” źródle energii. Ich wyobraźnię ograniczała ówczesna technologia, więc jak na dzisiejsze standardy perpetuum mobile starożytności wyglądało wzruszająco i prymitywnie.
Cztery powody nieporozumień
Najpierw najprostszy rodzaj Maszyna ruchu wiecznego na podstawie niektórych magiczny efekty. Na przykład w powieściach Wellsa wspomina się o cudownym materiale „kaworycie” o silnych właściwościach antygrawitacyjnych. Jeśli zrobisz koło, którego połowa jest wykonana z kaworytu, będzie się obracać ze stałym przyspieszeniem. W światach fantastycznych perpetuum mobile nie jest pożądane, ponieważ zamiast konstruować nieporęczny mechanizm, zawsze można stworzyć trwałe zaklęcie (posprzątanie pokoju w Uczniu magika Disneya lub garnek, który gotuje nieskończoną ilość owsianki w filmie Andersena bajka).
Perpetuum mobile drugiego typu - " niemożliwy mechanizm„- działa z umyślnym naruszeniem praw natury i ma charakter czysto spekulacyjny. dobry przykład taką paradoksalną konstrukcją jest młyn wodny holenderskiego artysty Maurice'a Eschera (1898-1972).
Do trzeciego - subiektywny Typ perpetuum mobile obejmuje jednostkę, która działa tak długo, że nawet kilka istnień ludzkich nie wystarczy, aby praktycznie obalić jej „wieczność”. Źródłem energii są tutaj zwykle jakieś „wieczne” zjawiska naturalne.
Na przykład zegarek Atmosfera» szwajcarskiej firmy Jaeger-LeCoultre działają na podstawie dobowych wahań temperatury powietrza. Wypełnione są chlorkiem etylu, który po podgrzaniu rozszerza się i nakręca sprężynę. Aby zminimalizować tarcie, wahadło skrętne obraca się tylko o 1 obrót na minutę (150 razy wolniej niż konwencjonalne zegarki). Wystarczy różnica 1 stopnia, aby zegar działał przez dwa dni. Teoretycznie ten zegarek może przetrwać więcej niż jednego właściciela. Ale w praktyce okres gwarancji praca różne modele"Atmos" ma 20-30 lat.
TIK TakUniwersytet Otago (Dunedin, Nowa Zelandia). zegarki mechaniczne zbudowany przez Arthura Beverly'ego w 1864 roku. Zaczynają się od zmian ciśnienia atmosferycznego i dziennych temperatur. Zegar działa od 143 lat. Ten eksperyment jest uważany za najdłuższy na świecie, ale określenie „subiektywne perpetuum mobile” nie ma tutaj zastosowania. Kilkakrotnie zatrzymywano je w celu oczyszczenia, naprawy awarii, a także w tych rzadkich przypadkach, gdy średnia dzienna temperatura i ciśnienie były stabilne. Za najstarszy działający zegar na świecie uważa się kuranty katedry w Salisbury (Wielka Brytania), zainstalowane około 1386 roku. |
Kolejnym typem urządzenia, które można pomylić z perpetuum mobile jest celowo skomplikowane długo działające mechanizmy, które wykonują jakieś prymitywne zadanie. Przeciętnemu człowiekowi trudno jest zrozumieć cel i zasady swojej pracy.
Mając do czynienia z takim "perpetuum mobile", można być na 99% pewnym, że jego "wynalazca" - łobuz. Nadmierne komplikacje projektowe są potrzebne tylko po to, aby zdezorientować obserwatora i ukryć prawdziwe źródło ruchu (zwykle potężna sprężyna ukryta w wydrążonej osi jakiegoś koła zębatego).
Podejrzane typy
Fizycy dzielą perpetuum mobile na dwa typy.
Każda maszyna, która otrzymała energię, wytwarza równoważną jej pracę i (lub) ciepło. Jeśli pracy lub ciepła jest więcej niż energii, mamy do czynienia z perpetuum mobile. pierwszy typ- najpopularniejszy wśród wynalazców. Wyobraźmy sobie, że jakiś mroczny geniusz założył niewyważone koło na cudowne łożysko. Wystarczy go raz popchnąć - a powinien się kręcić, przyspieszając, aż rozpadnie się na kawałki. Nazywa się to „łamaniem prawa zachowania energii”.
Silnik drugi typ całkowicie zamienia ciepło otoczenia na pracę, ignorując drugą zasadę termodynamiki. Dziś pojawiają się sugestie, że stworzenie namiastki takiego urządzenia jest nadal możliwe, jeśli mówimy o przemianie nie tylko ciepła, ale ciemnej energii lub ciemnej materii, z której powstaje największa część naszego Wszechświata.
Wieczna historia
Pierwsza maszyna perpetuum mobile została wynaleziona prawie 9 wieków temu. Indyjski matematyk i astronom Bhaskara II zaproponowano przymocowanie do koła naczyń z rtęcią, wygiętą w taki sposób, aby podczas obrotu przepływała z jednego końca naczynia na drugi. Zgodnie z jego planem koło miałoby się kręcić bez przerwy. Najprawdopodobniej dla naukowca był to tylko symbol wiecznego cyklu bytu (samsara, „przepływ”).
Bhaskara prawie nie uważał swojego modelu filozoficznego za perpetuum mobile, ale badacze arabscy i europejscy potraktowali tę kwestię absolutnie poważnie. Niewyważone koło stało się klasyką perpetuum mobile. Francuski architekt z XIII wieku Villard de Honnecourt zastosował ten sam schemat, zastępując rtęć młotami. W praktyce takie koło znajdzie punkt równowagi i zatrzyma się nawet nie wykonując pełnego obrotu.
Leonardo da Vinci zainteresował się ideą perpetuum mobile, stworzył kilka rysunków… i ogłosił, że ani jeden taki aparat nie zadziała. Krytykował wszelkie próby wynalazców stworzenia kolejnego „magicznego koła”, ale idea fundamentalnej niemożliwości perpetuum mobile stała się aksjomatem dopiero dwieście lat później – kiedy w 1775 roku paryska Akademia Nauk przestała przyjmować zgłoszenia patentowe na takie urządzenia. Jednocześnie Leonardo pozostawił rysunki młyna wodnego obracanego przez podniesioną przez niego wodę, nie opatrując ich krytycznymi komentarzami. Nie wiadomo, czy rozważał możliwość powstania perpetuum mobile na wodzie.
Och, odkrywcy nieustannego ruchu, ile próżnych planów stworzyliście w takich poszukiwaniach! Zostań lepszym alchemikiem!
Leonardo da Vinci
Szaleństwo na niewyważone koła ustąpiło miejsca modzie na obwody zamknięte„urządzenie A obraca urządzenie B, które porusza urządzeniem A”. Filozof, astrolog i alchemik Marka Antoniego Zimary(1460-1523), nieobeznany z młynem wodnym da Vinci, opisał wiatrak napędzany ogromnymi miechami napędzanymi obrotami tego samego wiatraka.
W 1610 roku holenderski wynalazca Korneliusz Drebbel zbudował pierwszy zegarek mechaniczny z automatycznym naciągiem odpornym na spadki ciśnienia atmosferycznego. Maszyna, która była złotym globusem i pokazywała nie tylko godziny, ale i daty wraz z porami roku, wydawała się być jak na ówczesne standardy prawdziwym „perpetuum mobile”. Drebbel zasłynął jako magik i alchemik.
Trudno powiedzieć, jak dobrze został wykonany (np. zegarki Atmos były przez kilkadziesiąt lat opracowywane przez najlepszych szwajcarskich inżynierów). Ale biorąc pod uwagę, że Drebbel był niesamowicie utalentowany (zbudował mikroskop z dwiema soczewkami, łódź podwodną dla angielskiej marynarki wojennej, wynalazł inkubator dla kurczaków z termostatem, który automatycznie kontrolował temperaturę, a także próbował stworzyć klimatyzator), rozsądne jest założyć, że jego zegar mógłby pracować bezawaryjnie przez wiele miesięcy, jeśli nie lat.
Alchemicy stworzyli nowoczesną chemię, a projektanci perpetuum mobile stworzyli zwykłe silniki. W 1662 roku Edward Somerset, markiz Worcester (wybitny teoretyk w dziedzinie perpetuum mobile) postanowił zainstalować na wieży zamku Raglan w Walii pierwszy na świecie silnik parowy własnego wynalazku, podnoszący wodę rurami. Niestety brakowało mu pieniędzy, a inwestorzy nie odważyli się zainwestować w tak fantastyczny projekt.
Koniec wieczności
Ostatni, najjaśniejszy okres budowy klasycznych perpetuum mobile przypadł na połowę XVIII wieku, a mianowicie na życie Johanna Ernsta Eliasa Besslera(1680-1745), który wymyślił pseudonim Orffyreus (kryptogram Besslera)
Był bardzo dziwnym człowiekiem - chełpliwym, irytującym, nudnym, o złym usposobieniu i paranoicznych manierach. Według zeznań, które do nas dotarły, pracował jako zegarmistrz. W 1712 roku Bessler twierdził, że opanował tajemnicę perpetuum mobile. Na początku próbował pokazać mieszkańcom małego niemieckiego miasteczka Gera koło non-stop z małym obciążeniem, ale ten spektakl nie zrobił na prowincjałach wrażenia.
Bessler zaczął podróżować po kraju, publikując traktaty naukowe i budując większe modele swojego silnika. Z jakiegoś powodu nie chciał tego zrobić kompaktowe modele, oraz zaprojektował drewniane koła o średnicy około 4 metrów. Jego żywiołowa aktywność wzbudziła zainteresowanie naukowców. Modele demonstracyjne mega-koła zostały dokładnie zbadane, ale nie znaleziono żadnych śladów szarlatanerii.
Postanowiono przeprowadzić eksperyment na pełną skalę. 12 listopada 1717 roku w obecności władz jedno z obracających się kół o średnicy 3,5 metra zostało umieszczone w sali zamkowej Weissenstein, a wszystkie okna i drzwi szczelnie zamknięto. Po dwóch tygodniach sala została otwarta. Koło wciąż się kręciło. Następnie lokal opieczętowano aż do 4 stycznia 1718 roku. Rok później ludzie weszli do pokoju i zobaczyli, że koło nadal obraca się z tą samą częstotliwością.
Było już ciekawie. Towarzystwo Królewskie w Londynie chciało kupić wynalazek. Bessler natychmiast zażądał dwudziestu tysięcy funtów (gigantycznych wówczas pieniędzy). Postanowili ponownie przetestować koło, ale Bessler nagle wpadł we wściekłość i zepsuł swoje dzieło – podobno po to, by inni naukowcy nie mogli ukraść jego pomysłów.
Wynalazca nadal podróżował po kraju, demonstrując różne modele koła: obracające się tylko w jednym kierunku i zatrzymujące się tylko z dużym wysiłkiem, jak również obracające się w dowolnym kierunku i zatrzymywane bez żadnych trudności. W 1727 pokojówka Besslera twierdziła, że jego mechanizmy zostały wprawione w ruch przez człowieka z innego pokoju. Nigdy nie udało się zweryfikować tych zeznań, ale reputacja inżyniera została na zawsze podważona. Bessler zmarł po upadku z budowanego przez siebie wiatraka. Pozostawił po sobie niezrozumiałe szyfry i zmusił potomnych do zastanowienia się – czy był szaleńcem, ekscentrycznym geniuszem czy genialnym magikiem?
| Niech stanie się światłość |
Isaac Asimov nie pochwalał pomysłu pozyskiwania energii z niczego. Wierzył, że ludzkość rozwinie się poprzez „spalanie” gwiazd. To nie może trwać wiecznie, ale pisarz wybrnął z sytuacji ze swoją zwykłą elegancją: w opowiadaniu „Ostatnie pytanie” dwóch pijanych techników zadało superkomputerowi pytanie, jak odwrócić entropię i przedłużyć życie Wszechświata (uzyskując w ten sposób nieskończona energia). Superkomputer myślał przez biliony lat, nieustannie ewoluując, a na końcu świata, po termicznej śmierci Wszechświata, znalazł odpowiedź i powiedział: „Niech stanie się światłość”. Można to rozumieć w następujący sposób: energia jest wieczna, tylko nie można jej używać wiecznie. Prędzej czy później wszystko będzie musiało zaczynać się od początku. Widząc klona swojego pomysłu w akcji, Charles wpadł w panikę i uciekł do Nowego Jorku, gdzie został zdemaskowany przez słynnego wynalazcę Roberta Fultona. Ten ostatni zauważył, że maszyna pracowała z przerwami i znalazł napęd pasowy prowadzący z niej do sąsiedniego pomieszczenia z mężczyzną obracającym dźwignię. Inny Amerykanin – Johna Keely'ego(1827-1898) - stwierdził, że energię można wydobyć z eteru za pomocą drgań kamertonu. Oskarżono go o oszustwa, a nawet czary, ale oszust przez 27 lat oszukiwał inwestorów, wyłudzając od nich pieniądze na zbudowanie przemysłowego modelu silnika. Dopiero po tym, jak Keely wpadł pod tramwaj, stało się jasne, że jego modele działają skompresowane powietrze. Oszust złamał wiele praw - ale nie termodynamikę. Przez cały XIX i XX wiek takie urządzenia karmiły swoich „wynalazców” i żółtych pracowników prasy – z tą tylko różnicą, że terminy „płyny kosmiczne” i „wszechprzenikający eter” zostały zastąpione przez „zimną fuzję” lub „alternatywną fizyka". Czasami kończyło się to nie tylko źle, ale bardzo źle - na przykład w 1966 roku amerykański Węgier Józef Papa(samozwańczy twórca odrzutowej łodzi podwodnej) przetestował silnik napędzany mieszaniną gazów obojętnych. Eksplozja pochłonęła życie jednej osoby, a dwie zostały ranne. Ale nie wszystkie takie przypadki miały charakter karny. Całkiem poważny naukowiec Thomasa Henry'ego Moraya(1892-1974) wielokrotnie demonstrował wszystkim działanie urządzenia które zbierało "energię promienistą z próżni" i zamieniało ją na elektryczność. Maszyna pracowała kilka dni z rzędu. Eksperci zbadali to od góry do dołu, ale nikt nie mógł znaleźć źródła energii. Przemysłowcy chcieli go kupić, Moray odmówił, a jedyny działający egzemplarz uległ zniszczeniu. Później naukowiec skarżył się, że został kilkakrotnie postrzelony, grożono jego rodzinie, a laboratoria były okresowo dewastowane. Sekret urządzenia gromadzącego energię kosmiczną (cokolwiek to było) wynalazca zabrał ze sobą do grobu. Granica między geniuszem a szaleństwem jest bardzo trudna do wytyczenia. Inny fizyk - bułgarski Stefan Marinow stwierdził, że odwiedził gminę chrześcijańskiej sekty „Meternita” (Linden, Szwajcaria), której członkowie otrzymali „inspirację z góry” i zbudowali generator nieskończonej energii elektrycznej o nazwie „Testatika”. Działa od wielu lat, pokrywając potrzeby energetyczne całej gminy. Wkrótce po tym objawieniu Marinov zeskoczył ze schodów w bibliotece Uniwersytetu w Grazu. Teoretycy spiskowi często myślą Stanleya Meyera, który został pozwany za próbę sprzedaży silnika napędzanego wodą. Według intryganta słabe impulsy elektryczne o specjalnej częstotliwości rozkładają wodę na wodór i tlen, które są następnie wykorzystywane zamiast oparów benzyny, a moc agregat samochodowy wystarczy, aby kontynuować rozkład wody. Dorobiwszy się fortuny na tym oszustwie, Stanley zmarł nagle w restauracji w 1998 roku. Znający się na rzeczy ludzie nie ma wątpliwości, że został otruty przez magnatów naftowych i agentów rządowych. |
* * *
Nic nie trwa wiecznie, nawet silniki. Szlachetni szaleńcy starożytnego świata projektowali urządzenia, których nie rozumieli, i przekonywali samych siebie, że ich maszyny będą działać wiecznie. Zastąpili ich cwaniacy, którzy wykazali się cudami pomysłowości jedynie w zakresie ukrywania prawdziwych źródeł energii dla swoich silników. Dzisiejsi nierozpoznani geniusze starają się być „bliżej ludzi”, oferując najpopularniejszy zasób – nieskończoną ilość energii elektrycznej. W międzyczasie, gdy dostrajają swoje generatory, możesz za kilka dolarów kupić film na ich stronie internetowej, pokazujący model testowy w akcji. Kiedyś było taniej - obejrzenie kręcącego się w stodole koła kosztowało tylko parę miedziaków.
Największa część szczerych prób wynalezienia perpetuum mobile przypada na ludzi bez większej wiedzy z fizyki, za to ze „złotymi rękoma” i cierpiących na „twórczy świąd”. Co ciekawe, około jedna trzecia z nich to emeryci. W zdecydowanej większości ich projekty opierają się na wielowiekowych ideach, a autorzy nie ograniczają się do jednego „wynalazku”. Oświecenie przychodzi do nich prawie codziennie, więc rewolucyjne rysunki przychodzą do urzędu patentowego nie w jednostkach, ale w kilogramach.
W pewnym sensie perpetuum mobile naprawdę istnieje w postaci swoich wiecznych poszukiwań i działa w zamkniętym cyklu: to, czym palili się średniowieczni przyrodnicy, dzisiaj znowu pyszni się na stołach probierczych. Ale może tak jest najlepiej, bo kiedyś tak wynaleziono pompę parową, a Archimedes, zanim krzyknął „Eureka!”, zamierzał się po prostu umyć.
- Perpetuum mobile pierwszego rodzaju- silnik (wyimaginowana maszyna) zdolny do wykonywania pracy w nieskończoność bez paliwa lub innych źródeł energii. Ich istnienie jest sprzeczne z pierwszą zasadą termodynamiki. Zgodnie z prawem zachowania energii
- Perpetuum mobile drugiego rodzaju- wyimaginowaną maszynę, która po wprawieniu w ruch zamieniałaby w pracę całe ciepło wydobywane z otaczających ciał (patrz Demon Maxwella). Są sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki wszelkie próby stworzenia takiego silnika są skazane na niepowodzenie.
Fabuła
Indyjskie lub arabskie perpetuum mobile z małymi, ukośnie umocowanymi naczyniami, częściowo wypełnionymi rtęcią.
Próby zbadania miejsca, czasu i przyczyny powstania idei perpetuum mobile to bardzo trudne zadanie. Nie mniej trudno jest wymienić pierwszego autora takiego pomysłu. Najwcześniejszą informacją o Perpetuum mobile wydaje się być wzmianka, którą znajdujemy u indyjskiego poety, matematyka i astronoma Bhaskary, a także osobne zapiski w rękopisach arabskich z XVI wieku, przechowywanych w Lejdzie, Gotha i Oksfordzie. Obecnie Indie są słusznie uważane za ojczyznę pierwszych perpetuum mobile. Tak więc Bhaskara w swoim wierszu z około 1150 roku opisuje rodzaj koła z długimi, wąskimi naczyniami, do połowy wypełnionymi rtęcią, przymocowanymi ukośnie wzdłuż krawędzi. Zasada działania tego pierwszego mechanicznego perpetuum mobile opierała się na różnicy momentów ciężkości tworzonych przez płyn poruszający się w naczyniach umieszczonych na obwodzie koła. Bhaskara uzasadnia obrót koła w bardzo prosty sposób: „Koło w ten sposób wypełnione cieczą, osadzone na osi leżącej na dwóch stałych wspornikach, nieustannie samo się obraca”. Pierwsze projekty perpetuum mobile w Europie sięgają epoki rozwoju mechaniki, około XIII wieku. W XVI-XVII wieku idea perpetuum mobile była szczególnie rozpowszechniona. W tym czasie liczba projektów perpetuum mobile zgłaszanych do urzędów patentowych do rozpatrzenia szybko rosła. kraje europejskie. Wśród rysunków Leonarda Da Vinci znaleziono rycinę z rysunkiem perpetuum mobile.
Nieudane projekty perpetuum mobile z historii
Ryż. 1. Jeden z najstarszych projektów perpetuum mobile
na ryc. 1 przedstawia jeden z najstarszych projektów perpetuum mobile. Przedstawia koło zębate, w którego zagłębieniach umocowane są ciężarki na zawiasach. Geometria zębów jest taka, że obciążniki po lewej stronie koła są zawsze bliżej osi niż po prawej stronie. Zgodnie z koncepcją autora, zgodnie z prawem dźwigni, powinno to doprowadzić koło do stałego obrotu. Podczas obrotu obciążenia odchylałyby się w prawo i zachowywały siłę napędową.
Jeśli jednak takie koło zostanie wykonane, pozostanie nieruchome. Zróżnicowana przyczyna tego faktu jest taka, że chociaż obciążniki po prawej stronie mają dłuższą dźwignię, to po lewej jest ich więcej. W rezultacie momenty sił po prawej i lewej stronie są równe.
Ryż. 2. Projekt perpetuum mobile w oparciu o prawo Archimedesa
na ryc. 2 pokazuje urządzenie innego silnika. Autor postanowił wykorzystać prawo Archimedesa do generowania energii. Prawo mówi, że ciała, których gęstość jest mniejsza niż gęstość wody, mają tendencję do unoszenia się na powierzchni. Dlatego autor umieścił puste zbiorniki na łańcuchu i umieścił prawą połowę pod wodą. Wierzył, że woda wypchnie je na powierzchnię, a łańcuch z kołami będzie się w ten sposób obracał bez końca.
Nie uwzględnia się tutaj: siły wyporu to różnica między ciśnieniem wody działającym na dolną i górną część obiektu zanurzonego w wodzie. W projekcie pokazanym na rysunku ta różnica będzie miała tendencję do wypychania tych zbiorników, które znajdują się pod wodą po prawej stronie obrazu. Ale na najniższy zbiornik, który zatyka otwór, zadziała tylko siła nacisku na jego prawą powierzchnię. I przekroczy całkowitą siłę działającą na resztę zbiorników. Dlatego cały system będzie po prostu przewijał się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż woda się wyleje.
Patenty i certyfikaty praw autorskich do perpetuum mobile
Literatura
- Wozniesienski N.N. O perpetuum mobile. M., 1926.
- Ihak-Rubiner F. Maszyna ruchu wiecznego. M., 1922.
- Kirpiczew W.L. Rozmowy o mechanice. Moskwa: GITL, 1951.
- Mah E. Zasada zachowania pracy: historia i jej korzenie. SPb., 1909.
- Michał S. Perpetuum mobile wczoraj i dziś. M.: Mir, 1984.
- Ord-Hume A. Nieustanny ruch. Historia obsesji. Moskwa: Wiedza, 1980.
- Perelman Ya I. Zabawna fizyka . Książka. 1 i 2. M.: Nauka, 1979.
- Petrunin Yu. Dlaczego idea perpetuum mobile nie istniała w starożytności?// Petrunin Yu.Yu. Duch Cargradu: nierozwiązywalne problemy w kulturze rosyjskiej i europejskiej. - M.: KDU, 2006, s. 75-82
Notatki
Fundacja Wikimedia. 2010 .
Wśród wielu projektów „perpetuum mobile” było wiele projektów opartych na unoszeniu się ciał w wodzie. Wysoka wieża o wysokości 20 metrów jest wypełniona wodą. Na górze i na dole wieży zainstalowane są bloczki, przez które przerzucana jest mocna lina w postaci niekończącego się pasa. Do liny przymocowanych jest 14 pustych sześciennych pudeł o wysokości jednego metra, nitowanych z blachy żelaznej, aby woda nie mogła przedostać się do wnętrza pudeł. Nasze rysunki przedstawiają dwa rysunki wygląd taka wieża i jej przekrój podłużny.
Projekt wyimaginowanego „wiecznego” silnika wodnego.
Urządzenie wieży z poprzedniej figury.
Jak działa to ustawienie? Każdy, kto zna prawo Archimedesa, zda sobie sprawę, że znajdujące się w wodzie pudełka będą miały tendencję do unoszenia się. Są one ciągnięte do góry siłą równą ciężarowi wody wypartej przez pudełka, czyli ciężarowi jednego metra sześciennego wody, powtarzanego tyle razy, ile pudełek zanurzy się w wodzie. Z rysunków widać, że w wodzie zawsze znajduje się sześć skrzynek. Oznacza to, że siła unosząca załadowane skrzynie jest równa ciężarowi 6 m3 wody, czyli 6 ton. Ściąga je w dół posiadać wagę pudła, które jednak jest równoważone ładunkiem sześciu pudełek zwisających swobodnie po zewnętrznej stronie liny.
Tak więc rzucona w ten sposób lina zawsze będzie poddawana sile 6 ton przyłożonej z jednej strony i skierowanej do góry. Oczywiste jest, że ta siła spowoduje, że lina będzie się obracać bez przerwy, ślizgając się po krążkach, a przy każdym obrocie wykona pracę 6000 * 20 = 120 000 kgm.
Teraz jest jasne, że jeśli usiamy kraj takimi wieżami, to będziemy mogli otrzymać od nich nieograniczoną ilość pracy, wystarczającą na pokrycie wszystkich potrzeb gospodarki narodowej. Wieże będą obracać kotwice dynama i dostarczać energię elektryczną w dowolnej ilości.
Jeśli jednak przyjrzeć się bliżej temu projektowi, łatwo zauważyć, że oczekiwany ruch liny nie powinien w ogóle wystąpić.
Aby niekończąca się lina mogła się obracać, pudełka muszą wchodzić do zbiornika wodnego wieży od dołu i wychodzić z niego od góry. Ale przecież wchodząc do basenu, pudełko musi pokonać ciśnienie słupa wody o wysokości 20 m! To ciśnienie na metr kwadratowy powierzchni pudełka jest równe ani więcej, ani mniej niż dwadzieścia ton (waga 20 m 3 wody). Pchnięcie w górę wynosi tylko 6 ton, czyli zdecydowanie za mało, aby wciągnąć pudło do basenu.
Wśród wielu przykładów wodnych „perpetuum” maszyn, których setki zostały wynalezione przez nieudanych wynalazców, można znaleźć bardzo proste i pomysłowe opcje.
Spójrz na zdjęcie. Część drewnianego bębna osadzona na osi jest cały czas zanurzona w wodzie. Jeśli prawo Archimedesa jest prawdziwe, to część zanurzona w wodzie powinna unosić się w górę i gdy tylko siła wyporu będzie większa niż siła tarcia na osi bębna, obrót nigdy się nie zatrzyma…
Kolejny projekt "perpetual" silnika wodnego.
Nie spiesz się, aby zbudować ten „wieczny” silnik! Z pewnością poniesiesz porażkę: bęben nie drgnie. O co chodzi, jaki jest błąd w naszym rozumowaniu? Okazuje się, że nie uwzględniliśmy wskazówek czynne siły. I zawsze będą kierowane prostopadle do powierzchni bębna, czyli wzdłuż promienia do osi. Każdy wie z codziennego doświadczenia, że nie da się obrócić koła, przykładając siłę wzdłuż promienia koła. Aby spowodować obrót, konieczne jest przyłożenie siły prostopadłej do promienia, czyli stycznej do obwodu koła. Teraz nietrudno zrozumieć, dlaczego próba wprowadzenia „perpetuum” motion również w tym przypadku zakończy się fiaskiem.
Maszyna perpetuum mobile od wieków prześladuje naukowców i inżynierów. Mimo wszystko pomysł stworzenia urządzenia, które będzie działać bez marnowania energii, wydaje się bardzo kuszący. Czy można go stworzyć, mówią naukowcy.
Co to jest perpetuum mobile?
Perpetuum mobile lub Perpetuum Mobile to wyimaginowane urządzenie. Niektórzy uważają, że teoretycznie możliwe jest stworzenie maszyny, która będzie pracować w nieskończoność, nie wydając żadnych zasobów energetycznych. Jednocześnie naukowcy stopniowo tracili złudzenia co do tego pomysłu i uznali, że lepiej zrezygnować z prób stworzenia takiego urządzenia, gdyż są one bezsensowne. Niemożność stworzenia perpetuum mobile jest postulowana jako pierwsza zasada termodynamiki. Ale idea perpetuum mobile nadal cieszy się dużym zainteresowaniem.
Idealna perpetuum mobile powinna działać do końca Wielkiego Zamrożenia (Big Freeze). Zwolennicy tej teorii uważają, że do końca czasu wszechświat będzie się rozszerzał z bardzo płynnym przyspieszeniem. Ten proces nazywa się Wielkim Zamrożeniem, a kiedy się zakończy, nadejdzie koniec wszystkiego. Kiedy to nastąpi, nie wiadomo dokładnie, ale mamy szacunki. 100 bilionów lat. Tak więc perpetuum mobile musi pracować co najmniej tyle samo, aby można je było uznać za prawdziwe perpetuum mobile.
Czym są perpetuum mobile?
Perpetuum Mobile dzieli się na silniki pierwszego i drugiego rodzaju. Silniki pierwszego rodzaju mogłyby funkcjonować bez paliwa - i generalnie bez kosztów energii, które powstają np. gdy części mechanizmu ocierają się o siebie. Silniki drugiego rodzaju mogły pobierać ciepło z zimniejszych otaczających je ciał i wykorzystywać tę energię w pracy.
W Internecie jest wiele projektów, które twierdzą, że pracują nad projektem perpetuum mobile. Jeśli jednak dokładnie przestudiujesz te projekty, stanie się jasne, że wszystkie są bardzo dalekie od idei perpetuum mobile. Ale jeśli komuś uda się zrobić takie urządzenie, konsekwencje będą przytłaczające. Uważa się, że otrzymamy wieczne źródło energii - darmową energię.
Niestety, zgodnie z podstawowymi prawami fizyki naszego Wszechświata, stworzenie perpetuum mobile jest niemożliwe.
Dlaczego nie można stworzyć perpetuum mobile?
Prawdopodobnie wielu ludzi powie „nigdy nie mów nigdy”, zwłaszcza jeśli chodzi o naukę. W pewnym stopniu jest to prawda. Ale jeśli okaże się, że jest możliwe stworzenie perpetuum mobile, obali to znaną nam fizykę. Okazuje się, że my wszystko było źle i żadna z naszych wcześniejszych obserwacji nie ma sensu.
Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii. Zgodnie z tym prawem energii nie można ani tworzyć, ani niszczyć – po prostu zmienia się z jednej postaci w drugą. Aby mechanizm utrzymywał się w ciągłym ruchu, zastosowana energia musi pozostać w tym mechanizmie bez żadnych strat. Właśnie dlatego stworzenie perpetuum mobile jest niemożliwe.
Aby zbudować perpetuum mobile pierwszego rodzaju, musimy spełnić kilka warunków:
- Maszyna nie powinna posiadać żadnych części „ocierających się”, żadne części ruchome nie powinny dotykać innych części, w przeciwnym razie będzie dochodziło do tarcia między nimi. To tarcie ostatecznie spowoduje utratę energii przez maszynę. Kiedy części stykają się, wytwarzane jest ciepło i to ciepło jest energią, zagubiony samochodem. Powiesz, że wtedy musisz zrobić urządzenie o gładkiej powierzchni, aby nie występowało tarcie. Ale jest to niemożliwe, ponieważ nie ma idealnie gładkich obiektów.
- Maszyna musi pracować w próżni, bez powietrza. Wynika to z pierwszego warunku. Używanie maszyny w dowolnym miejscu spowoduje utratę energii z powodu tarcia między ruchomymi częściami a powietrzem. Chociaż straty energii spowodowane tarciem powietrza są bardzo małe, w przypadku perpetuum mobile tak jest poważny problem. Jeśli wystąpią choćby minimalne straty energii, maszyna zacznie się zatrzymywać iw końcu całkowicie się zatrzyma z powodu tych strat, nawet jeśli zajmie to bardzo dużo czasu.
- Maszyna nie powinna wydawać żadnych dźwięków. Dźwięk jest również formą energii, a jeśli maszyna wydaje jakikolwiek dźwięk, oznacza to, że również traci energię.
Silniki drugiego rodzaju, które wykorzystują ciepło otaczających ciał, nie są sprzeczne z prawem zachowania energii. Jednak te przebiegłe konstrukcje są bezsilne wobec drugiej zasady termodynamiki: w układzie zamkniętym nie jest możliwe spontaniczne przenoszenie ciepła z ciał zimniejszych do gorących. To wymaga pośrednika. Aby mediator działał, potrzebna jest energia źródło zewnętrzne. Co więcej, w naturze nie ma rzeczy naprawdę odwracalnych
Ale co najważniejsze, stworzenie perpetuum mobile może okazać się bezcelowe. Ludzie oczekują, że jeśli takie urządzenie powstanie, dostaniemy darmowe źródło energii. Ale czy tak jest? Tak naprawdę otrzymamy dokładnie tyle energii, ile wyślemy do tego silnika. Przecież pamiętamy, że zgodnie z prawami fizyki, których jeszcze nie udało się obalić, energii nie można stworzyć z niczego, można ją jedynie przekształcić. Okazuje się więc, że perpetuum mobile jest bezużytecznym urządzeniem.
W 1685 r. w jednym z numerów londyńskiego magazyn naukowy Wydano „Dzieła filozoficzne” zaproponowane przez Francuza Denisa Papina, projekt hydraulicznego perpetuum mobile, którego zasada działania miała obalić znany paradoks hydrostatyki. Jak widać z rysunku, urządzenie to składało się z naczynia zwężającego się w rurkę w kształcie litery C, zagiętej do góry i otwartym końcem zawieszonym nad brzegiem naczynia.
Autor projektu założył, że ciężar wody w szerszej części naczynia siłą rzeczy przekroczy ciężar cieczy w rurce, tj. w węższej części. Oznaczało to, że ciecz swoim ciężarem musiałaby wyciskać się z naczynia do rurki, przez którą musiałaby ponownie wracać do naczynia, osiągając w ten sposób wymagany ciągły obieg wody w naczyniu.
Jak myślisz, dlaczego „perpetuum mobile” działa w filmie?
Niestety Papen nie zdawał sobie sprawy, że decydującym czynnikiem w ta sprawa to nie inna ilość (a wraz z nią różna masa cieczy w szerokiej i wąskiej części naczynia), ale przede wszystkim właściwość właściwa wszystkim bez wyjątku naczyniom połączonym: ciśnienie cieczy w samym naczyniu i zakrzywiona rura zawsze będzie taka sama. Paradoks hydrostatyczny jest dokładnie wyjaśniony przez osobliwości tego zasadniczo hydrostatycznego ciśnienia.
Nazywany także paradoksem Pascala, twierdzi on, że całkowite ciśnienie, tj. siła, z jaką ciecz naciska na poziome dno naczynia, zależy tylko od ciężaru słupa cieczy nad nim i nie zależy w ogóle od kształtu naczynia (np. od tego, czy jego ścianki są wąskie, czy rozszerzyć), a co za tym idzie, na ilość płynu.
Ofiarami takich złudzeń padały czasem nawet osoby, które pracowały na samym froncie współczesnej nauki i techniki. Przykładem jest sam Denis Papin (1647-1714) – wynalazca nie tylko „kociołka tatusia” i Zawór bezpieczeństwa, ale również pompa wirowa i przede wszystkim pierwszy silniki parowe z cylindrem i tłokiem. Papin ustalił nawet zależność prężności pary od temperatury i pokazał, jak na jej podstawie uzyskać zarówno próżnię, jak i próżnię. wysokie ciśnienie krwi. Był uczniem Huygensa, korespondował z Leibnizem i innymi wybitnymi naukowcami swoich czasów, był członkiem Angielskiego Towarzystwa Królewskiego i Akademii Nauk w Neapolu. A oto osoba, która słusznie uważana jest za wybitnego fizyka i jednego z twórców nowoczesnej elektroenergetyki (jako twórca silnik parowy) i działa na perpetuum mobile! Mało tego, proponuje on taką perpetuum mobile, której błędność zasady była całkowicie oczywista również dla współczesnej nauki. Publikuje ten projekt w Philosophical Transactions (Londyn, 1685).
Ryż. 1. Model hydraulicznego perpetuum mobile autorstwa D. Papina
Idea perpetuum mobile Papina jest bardzo prosta – jest to zasadniczo odwrócona „do góry nogami” rura Zonki (ryc. 1). Ponieważ ciężar wody jest większy w szerszej części naczynia, jego siła musi być większa niż siła ciężaru wąskiego słupa wody w cienkiej rurce C. Dlatego woda będzie stale spływać z końca cienkiej rurki do szerokie naczynie. Pozostaje tylko podstawić koło wodne pod strumień i perpetuum mobile gotowe!
Jest oczywiste, że w rzeczywistości to nie zadziała; powierzchnia cieczy w cienkiej rurce będzie ustawiona na tym samym poziomie co w grubej, jak w każdym naczyniu połączonym (jak w prawej części ryc. 1.).
Losy tego pomysłu Papina były takie same, jak innych wariantów hydraulicznych perpetuum mobile. Autor nigdy do tego nie wrócił, zajmując się bardziej użytecznym biznesem - maszyną parową.
Historia wynalazku D. Papina nasuwa pytanie, które nieustannie pojawia się podczas studiowania historii perpetuum mobile: jak wytłumaczyć niesamowitą ślepotę i dziwne zachowanie wielu bardzo wykształconych i, co najważniejsze, utalentowani ludzie które pojawiają się za każdym razem, gdy tylko dojdzie do wynalezienia perpetuum mobile?
Do tej kwestii powrócimy później. Jeśli nadal mówimy o Papinie, to coś innego jest niezrozumiałe. Nie tylko nie uwzględnia znanych już praw hydrauliki. Wszakże w tym czasie pełnił on funkcję „tymczasowego kuratora eksperymentów” w Royal Society of London. Papin ze swoimi umiejętnościami eksperymentalnymi mógł z łatwością przetestować zaproponowaną przez siebie ideę perpetuum mobile (podobnie jak testował inne swoje propozycje). Łatwo taki eksperyment zorganizować w pół godziny, nie mając nawet możliwości „kuratora eksperymentów”. Nie zrobił tego iz jakiegoś powodu przesłał artykuł do magazynu bez sprawdzania czegokolwiek. Paradoks: wybitny naukowiec eksperymentalny i teoretyk publikuje projekt, który przeczy ustalonej już teorii i nie został zweryfikowany eksperymentalnie!
W przyszłości zaproponowano znacznie więcej hydraulicznych perpetuum mobile z innymi metodami podnoszenia wody, w szczególności kapilarą i knotem (które w rzeczywistości są tym samym) [. Zaproponowali podnoszenie cieczy (wody lub oleju) z dolnego naczynia do górnego przez zwilżoną kapilarę lub knot. Rzeczywiście, możliwe jest podniesienie cieczy w ten sposób na pewną wysokość, ale te same siły napięcia powierzchniowego, które spowodowały podniesienie, nie pozwolą cieczy spłynąć z knota (lub kapilary) do górnego naczynia.
Co dzieje się na filmie?
Gdy płyn wlewa się do lejka, to zgodnie z prawem naczyń połączonych poziomy powinny być takie same, a do rurki wpływa z dużym opóźnieniem, dlatego pod drewnianym stojakiem znajduje się również naczynie, z którego woda jest pompowana, ponieważ zatrzyma się w środku i nie będzie płynąć.To hydrauliczne perpetuum mobile średniowiecza, które zawiera błąd, jakby większy ciężar lejka wypierał wodę z rury, ale tak nie jest . Dowolna średnica rury i dowolny kształt nie ma znaczenia, poziomy po prostu się wyrównują
