Вечный двигатель

 

В 1685 г. в одном из выпусков лондонского научного журнала «Философские труды» был опубликован предложенный французом Дени Папеном проект гидравлического  перпетуум мобиле, принцип действия которого должен был опровергнуть известный  парадокс гидростатики. Как видно  из изображенного на рисунка 52, это устройство состояло из сосуда, сужавшегося в трубку в форме буквы C, которая загибалась кверху и своим открытым концом нависала над краем сосуда. Автор проекта ошибочно предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда обязательно будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, т.е. в более узкой его части. Это означало, что жидкость своей тяжестью должна была бы выдавливать саму себя из сосуда в трубку, по которой ей вновь приходилось бы возвращаться в сосуд, -- тем самым достигалась требуемая непрерывная циркуляция воды в сосуде. К сожалению, Папен не осознавал того, что решающим фактором в данном случае является Рекомендуем гидравлические тележки для склада не разное количество (а с ним и различный вес жидкости в широкой и узкой частях сосуда), а прежде всего свойство, присущее всем без исключения сообщающимся сосудам: давление жидкости в самом сосуде и изогнутой трубке всегда будет одинаковым. Гидростатический парадокс как раз и объясняется особенностями этого по существу своему именно гидростатического давления. Называемый иначе парадоксом Паскаля, он утверждает, что суммарное давление, т.е. сила, с которой жидкость давит на горизонтальное дно сосуда, определяется только весом столба жидкости, находящейся над ним, и совершенно не зависит от формы сосуда (например, от того, сужаются или расширяются его стенки) и, следовательно, от количества жидкости.

 

На рисунках 53, 54, 55, 56, 57 представлены примеры различных гидравлических перпетуум мобиле с водяными колесами, поршневыми насосами и нориями (черпаковыми  подъемниками). Далее, на последующих  рисунках 58, 59, 60 изображены некоторые  типы вечных двигателей с использованием принципа сифона и эффекта капиллярного поднятия в том виде, как они  представлялись их конструкторам на рубеже XVI - XVII вв. Из того же источника заимствованы изображения двух перпетуум мобиле на рисунке 61 и рисунке 62. Они привлекают наше внимание несколько необычным решением своих кинематических механизмов. Первый из них рисунок 61 представляет собой вечный двигатель, относящийся к тому небольшому классу машин, в которых в качестве рабочего тела использовался сыпучий материал -- песок. Ковши, укрепленные на специальных рычагах рабочего колеса, подавали песок в верхний наклонный желоб. Далее по нижнему желобу песок возвращался обратно, в камеры, размещенные между щеками рабочего колеса. По мере вращения колеса камеры поочередно оказывались в крайнем нижнем положении, в этот момент песок из них высыпался и затем снова подхватывался ковшами, в результате чего весь цикл должен был повторяться вновь. На рисунке 62 изображен вечный двигатель, который приводился в движение сжатым воздухом, поступавшим к нему от кузнечного меха. При этом работа меха обеспечивалась с помощью неравноплечего рычажного механизма, связанного с кривошипом, который в свою очередь должен был приводиться в действие зубчатой передачей от вала лопастного колеса воздушного мотора.

 

Анализ собрания старинных  чертежей и рисунков из рукописи Хольтцхамера вновь подтверждает тот факт, что  исследование проблемы вечного движения являлось весьма благодарной темой  для ученых и инженеров эпохи  позднего Возрождения и раннего  барокко; при этом среди большого количества стандартных технических  решений и однотипных идей мы обнаруживаем и такие, которые выделяются известным  остроумием и значительной долей  оригинальности.

 

Если бы мы захотели подвергнуть  рассмотрению и разбору проекты  всех без исключения гидравлических перпетуум мобиле, это заняло бы у нас слишком много места  и времени Подарки, Что подарить. Правда, с некоторыми из них мы еще  встретимся в другом разделе, где  описываются попытки создания вечных двигателей в XIX и XX веках. Однако и на этих примерах мы опять сможем убедиться в главном -- основой для комбинаций, из которых современные изобретатели создавали десятки конструктивных вариантов, всякий раз выдавая их за оригинальное решение, почти всегда служили все те же несколько основных физических принципов.

 

Гидравлический перпетуум  мобиле поляка Станислава Сольского, относящийся  к 1610 г. Его внешний вид и принцип  действия представляются достаточно сложными. Привычное вращение колеса заменено здесь крутильными колебаниями  блока.

 

 

Двухжидкостный перпетуум  мобиле Иоганна Бернулли Вечное движение должно было осуществляться в результате взаимного проникновения и последующего обратного разделения обеих жидкостей.

 

3. Вечный двигатель Вильямса  Конгрева начало XIX в.

 

 

Относящийся к началу XIX в. вечный двигатель Вильямса Конгрева является одним из многочисленных гидравлических вечных двигателей, в которых использовались капиллярные свойства жидкостей.

 

4. Гидравлический перпетуум  мобиле аббата Винсента Ольми

 

Чертеж гидравлического  перпетуум мобиле аббата Винсента Ольми  из Флоренции (1788 г.) Сам автор говорит  о нем, как о «машине, с легкостью  подымающей большое количество воды на некоторую высоту с помощью  движения, которое сообщает ей сама вода, стекая по наклонной плоскости»

 

5. Наиболее ранние сведения  о вечных двигателях

 

 

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 перпетуум мобиле 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 перпетуум мобиле, как видно из рисунка 1, 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  движения, связанного прежде всего  с божественным всемогуществом.

 

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 перпетуум мобиле 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 перпетуум мобиле индуса Бхаскары, уже примерно с 1200г. На чертеже 2 представлено 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

 

Как видно из схемы 3, 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  перпетуум мобиле 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. Арабские инженеры были знакомы также и с зубчатыми  секторами, которые с 1364 г. первым в  Европе стал систематически использовать в своих астрономических часах  Джиованни де Донди. В период деятельности ал-Джазари арабам была известна, в  частности Китайский керамогранит италон китай, и техника отливки металлов в песчаные формы, введенная в Европе лишь с конца XV века.

 

Вместе с тем нельзя не отметить следующего важного обстоятельства. В труде ал-Джазари, раскрывающем многие до сих пор не выясненные отношения между механикой Востока  и ранней европейской техникой, не приводится, по существу, ни одного примера  перпетуум мобиле, что, несомненно, является бесспорным свидетельством высокого уровня средневековых арабских инженеров.

 

6. Индийский или арабский  перпетуум мобиле

 

 

Индийский или арабский перпетуум  мобиле с небольшими косо закрепленными  сосудами, частично наполненными ртутью

 

7. Вариант перпетуум мобиле  восточного происхождения

 

Вариант перпетуум мобиле восточного происхождения. Автор опирался здесь на различие удельных весов  воды и ртути.

 

8. Колесо с рычагами - типичный  элемент вечных двигателей

 

Колесо с гибкими сочлененными рычагами представляет собой типичный элемент вечных двигателей, которые  впоследствии на основе этого арабского  проекта предлагались во множестве  различных вариантов

 

9. Мнимые перпетуум мобиле

 

Сегодня, по-видимому, уже  никто не сомневается, что энергия  перемещения масс воздуха, равно  как и энергия, определяемая изменениями  температуры и барометрического давления, ничего общего не имеет с  теми тайными силами, которые, как  считалось в прошлом, являлись причиной вечного движения, даже если источником этих сил оказывалась сама природа  Земли или целая Вселенная. Естественно, что колебания температуры внешнего воздуха зависят от солнечного излучения; с изменениями этой температуры  в свою очередь тесно связаны  характер перемещений атмосферных  масс и изменения барометрического давления. Однако же все эти процессы происходят лишь благодаря тому, что Солнце постоянно посылает на поверхность Земли все новые и новые порции энергии. Эта энергия (которую мы будем называть латентной, поскольку для многих исследователей прошлого она действительно оставалась тайной) очень часто оказывалась тем источником, к которому сплошь и рядом обращались изобретатели и сторонники перпетуум мобиле. Их устройства, черпавшие необходимую для своей работы энергию из этого латентного источника, во многих случаях функционировали достаточно успешно, что побуждало общественное мнение рассматривать эти машины как убедительное доказательство осуществимости вечного движения в условиях Земли. Неправильное понимание, а иногда и просто полное незнание принципов работы этих устройств приводили к новым попыткам решения проблемы перпетуум мобиле и постройке дальнейших вариантов этих машин.

 

В 1815 году в «Еженедельном  вестнике искусств и ремесел королевства  Баварии» появилось сообщение о  новом перпетуум мобиле, автором  которого был некий Рамис из Мюнхена. Этот перпетуум мобиле, полное описание которого приводит Иоганн фон Поппе  в уже упомянутой нами книге, по существу представлял собой электрический  маятник, который качался на опоре, помещенной, как показано на схеме 69, между сферическими электродами  двух электрических элементов Замбони, вставленных внутрь стеклянных столбиков. Верхнее удлиненное плечо маятника оканчивалось стеклянной палочкой с  металлическим шариком на конце. При касании сферического электрода  одного из элементов на шарик переходила небольшая часть его электрического заряда. Поскольку тела, несущие  на себе одноименные заряды, отталкиваются, маятник отклонялся в другую сторону, где шарик притягивался электродом противоположной полярности, который  в свою очередь забирал его  заряд, и весь процесс повторялся вновь в обратном направлении. С  помощью удачных усовершенствований конструкции Рамису удалось использовать этот способ для приведения в действие маятниковых часов, которые благодаря  энергии, запасенной в электрических  элементах, могли идти очень долгое время.