Колесо бхаскары почему не работает

10 механизмов, которые должны были стать вечным двигателем

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

1. Батарейка Карпена

В 1950 году румынский инженер Николае Василеску-Карпен изобрел батарею, которая работает уже 65 лет. Работающая до сих пор батарея сейчас хранится в Национальном техническом музее Румынии, но до сих пор никто не смог объяснить — каким именно образом и на каких принципах действует «термоэлектрическая батарея, работающая при постоянной температуре». После недавних измерений было установлено, что батарея выдает напряжение в 1 вольт, точно так же, как и в 1950 году. Может быть, когда ученые разгадают, что все же сделал Карпен, удастся сделать настоящий вечный двигатель.

2. Энергетическая машина Джо Ньюмана

В 1911 году Бюро патентов США приняло решение не выдавать патенты на «устройства вечного движения или свободной энергии», потому что «научно доказано, что невозможно создать такую вещь». Для некоторых изобретателей это стало дополнительным вызовом и стимулом продолжать работу. В 1984 году Джо Ньюман пришел на CBS Evening News, чтобы показать «то, что должно изменить мир» — вечный двигатель, который работал без использования энергии или производил больше энергии, чем использовал.

Национальное бюро стандартов испытало его устройство, которое состояло в основном из аккумулятора, заряжаемого с помощью магнита, вращающегося внутри катушки из проволоки. Оказалось, что все претензии Ньюмана беспочвенны.

3. Водяной винт Роберта Фладда

Роберт Фладд — ученый и алхимик, который написал множество трудов и опубликовал ряд изобретений на рубеже 17-го века. Его версия вечного двигателя — водяное колесо, которое может молоть зерно, работая благодаря постоянной рециркуляции воды. Фладд назвал его «водяным винтом». Появившиеся в 1660 году гравюры на дереве с описанием его идеи считаются первыми рисунками или иллюстрациями вечных двигателей. Излишне говорить, что устройство не работало.

4. Колесо Бхаскара

Одна из самых ранних ссылок на вечные двигатели датируется 1150 годом. Математик и астроном Бхаскара описал в своих трудах концепцию «вечно вращающегося колеса». Его устройство выглядело как колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Якобы оно должно было постоянно вращаться из-за разницы моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах. На протяжении веков появлялось множество вариантов колеса, которые основывались на идее Бхаскара. Концепция стала настолько популярной, что вечные двигатели в форме колеса были замечены в более поздних исламских и европейских трудах.

5. Часы Кокса

Когда знаменитый лондонский часовщик Джеймс Кокс построил свои «вечно идущие часы» в 1774 году, то он заявил, что их никогда не нужно будет заводить. Несмотря на столь грандиозное заявление, презентация этой новой технологии была проведена с использованием элементов мистики (так было модно на то время). Несмотря на то, что часы Кокса все же не являлись вечным двигателем, они имели без преувеличения гениальный механизм, который работал на основании перепадов атмосферного давления.

6. Тестатика Пауля Бауманна

Часовщик Пауль Бауманн основал духовное сообщество Месерница в 1950 году. Члены этой религиозной секты воздерживаются от алкоголя, наркотиков и табака, а также община полностью самодостаточна и экологически чистая. Чтобы достичь подобного, они якобы используют чудесный вечный двигатель, созданный их основателем. Тестатика предположительно может собирать неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для нужд коммуны.

Поскольку сообщество не допускает посторонних людей к машине, находящейся в закрытом здании, ученые не смогли изучить принципы работы этого агрегата, мощность которого составляет более 750 Киловатт. Схему Тестатики Пауль якобы получил во время таинственного озарения, отбывая тюремный срок в камере-одиночке. Попытки энтузиастов сделать подобные аппараты не привели ни к чему.

7. Колесо Бесслера

Иоганн Бесслер начал свои исследования концепции вечного движения, основываясь на концепции колеса Бхаскара. 12 ноября 1717 года Бесслер закрыл свое изобретение в комнате, запер дверь и поставил возле двери охрану. Когда комната была открыта две недели спустя, 3,7-метровое колесо по-прежнему вращалось. Комната снова была заперта, а следующий раз открыта в начале января 1718 года. Колесо все еще вращалось.

К сожалению, Бесслер был очень скрытен и неуравновешен. Когда один инженер прокрался поближе к колесу, чтобы взглянуть на него, Бесслер уничтожил свое изобретение. Впоследствии он как-то написал, что он уничтожил все доказательства, чертежи и рисунки своего вечно вращающегося колеса, но добавил, что любой, кто будет достаточно умен и смекалист, сможет понять его изобретение.

8. Двигатель НЛО Отиса Т. Карра

Изобретение OTC Enterprises, Inc. и его основателя Отиса Карра было включено в Реестр объектов авторских прав в 1958 году, несмотря на то, что Патентное ведомство США уже давно не принимало любые патенты на вечные двигатели, поскольку такие устройства не существуют. Карр зарегистрировал все изобретение как «бесплатную энергосистему». На самом деле это был «двигатель НЛО».

В 1959 году OTC Enterprises должен был провести первый рейс своего «космического аппарата, использующего четвертое измерение, с питанием от вечного двигателя». Двигательная установка якобы была способна бесконечно производить энергию, генерируя ее из окружающего пространства во время полета. Ни одной записи об испытании не сохранилось, а правительство США быстро заявило, что проект является фикцией.

9. Вечный двигатель Корнелиуса Дреббеля

Дреббель впервые продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, в том числе королевскую семью Англии. Машина была чем-то вроде хронометра, но ее не нужно было заводить, а также она показывала дату и фазы Луны. В движение механизм приводился, подобно часам Кокса, разностью потенциалов температуры или атмосферного давления. Также Дреббель заявил, что в его устройстве использовался «огненный дух воздуха».

10. Антигравитационная машина Дэвида Хэмела

Дэвид Хэмел, простой плотник без формального образования, заявил, что он был избран, чтобы стать хранителем машины свободной энергии, которую можно использовать в космических кораблях. Информацию, «способную изменить мир, он получил после встречи с инопланетянами из планеты Клэден». Хэмел утверждает, что его вечный двигатель использует ту же энергию, которую паук использует, чтобы перейти с одного паутинки на другую. Якобы эти скалярные силы сводят на нет силу тяжести.

Разоблачение вечного двигателя

Завораживающая идея создания механизма, движущего самого себя, волновала буквально каждого изобретателя. Бесплодные поиски вечного движения положили основу инженерной науки и подтвердили законы, отрицающие его существование. Причины невозможности существования вечных двигателей, их модели и истории возникновения рассмотрены в данной статье.

Ключевые слова

Текст научной работы

Постановка задачи

Давно установлено, что изобретение вечного двигателя невозможно. В широком смысле, под вечным двигателем подразумевают механизм, безостановочно движущий сам себя. Но это далеко не достаточное определение. Благодаря многовековым бесплодным попыткам создания чудо-машины сегодня можно определить точно само понятие «вечного двигателя» и причины его неосуществимости. Более того, такие попытки оставили значительный след в истории и подтвердили существование важнейших законов физики. Каких, рассмотрим и проанализируем ниже.

Определение и классификация вечных двигателей

Итак, вечный двигатель, как уже известно — устройство воображаемое. По характеру совершаемой работы можно классифицировать следующим образом:

1. Вечный двигатель первого рода (физический \ механический, гидравлический, магнитный) — непрерывно действующая машина, которая, будучи запущенной один раз, совершает работу без получения энергии извне. Это устройства механического характера, принцип действия которых основывается на использовании некоторых физических явлений, например, на действии силы тяжести, законе Архимеда, капиллярных явлениях в жидкостях;
2. Вечный двигатель второго рода (естественный) — тепловая машина, которая в результате совершения цикла полностью преобразует тепло, получаемое от какого- либо одного «неисчерпаемого» источника (океана, атмосферы и т. п.), в работу. Связываются с циклически повторяющимися природными явлениями или с принципами небесной механики.

Такая классификация является распространенной и встречается в старой научной литературе. У более поздних исследователей существует еще одно определение. Оно исходит из представления об идеальной машине, работающей без потерь и превращающей всю сообщенную энергию в полезную работу или в какой-либо другой вид энергии.

К этим определениям ученые разных времен шли долгим путем. Они подвергали их обстоятельному анализу и были единодушны далеко не всегда. Проблема заключалась в том, можно ли считать вечным двигателем только ту машину, которая, будучи собрана полностью, немедленно начнет работать сама по тебе, или допустимо сообщить устройству начальный двигательный импульс. Спор велся и о том, относится ли к основным признакам вечного двигателя условие, чтобы он, будучи приведен в движение, одновременно совершал некоторую полезную работу.

Причины возникновения идеи создания

Первое упоминание о вечном двигателе относится к 1150 г. Но означает ли это, что античные механики не интересовались вечным движением? Наоборот, это являлось одной из тех традиционных проблем, которым в связи с исследованием физических явлений наука уделяла много внимания. Но при исследовании условий, определяющих круговое движение тел, греки пришли к выводам, теоретически исключающим всякую возможность существования на Земле искусственно созданного вечного движения. Например, Аристотель утверждал, что движение тел ускоряется по направлению к ее центру. О телах с действительно круговым движением он пишет: «Они не могут быть ни тяжелыми, ни легкими, так как не способны приближаться к центру или удаляться от него естественным или вынужденным образом». Такому условию удовлетворяют только небесные тела.

Но родоначальником идеи вечного двигателя считают индийского поэта, математика и астронома Бхаскара Ачарью (1114-1185), описавшего в своем стихотворении некое вечно двигающееся колесо. Заметим, что за основу взято тело круглой формы. Согласно древнеиндийской философии, регулярно повторяющиеся события, составляющие круговой цикл, являются для него символом вечности и совершенства. То есть прародители идеи вечного движения были мотивированы не практическими, а религиозными потребностями. Своего апогея идея вечного двигателя достигает в средние века в Европе, в период интенсивного строительства храмов, кафедральных соборов и княжеских дворцов, и тогда уже создателей, конечно, интересует практическое применение машины.

Некоторые модели вечных двигателей первого рода

Колесо с неуравновешенными грузами

Вот модель вечного двигателя Бхаскары (Рис. №1) с прикрепленными наискось по внутренней стороне окружности длинными узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Бхаскара обосновывает вращение колеса следующим образом: «Наполненное так жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

Еще две модели, аналогичные по принципу действия, изобретенные в средневековой Европе. Роль сосудов, частично наполненных ртутью, играют выпукловогнутые секторы внутри колеса, внутри которых находятся тяжелые шары (Рис. №2) или подвижно закрепленные на внешней части колеса стержни с грузами на концах (Рис. №3).

Принцип действия данных двигателей заключается в создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе, вследствие которого колесо должно вращаться. Рассмотрим, почему этот расчет не оправдывается на примере обычного колеса. Здесь предполагается, что работу совершает сила тяжести, то есть в нормальных условиях (при небольших расстояниях и вблизи поверхности Земли) она постоянна и направлена всегда в одну и ту же сторону.

F_T — вес груза, F_P — сила, с которой рычаг воздействует на шарнир (компенсируется силой реакции опоры), F_B — поворачивающая сила, R — расстояние от шарнира (оси поворота) до траектории центра масс груза.

Когда рычаг стоит строго вертикально вверх, вес груза передается на шарнир и компенсируется реакцией опоры. Сила направлена по нормали к окружности, тангенциальная составляющая

отсутствует, значит, момент сил равен нулю. Это положение называется верхней мёртвой точкой (ВМТ). Если рычаг отклоняется, реакция опоры уже не компенсирует вес, появляется тангенциальная составляющая силы, а нормальная начинает уменьшаться. Так будет продолжаться только до тех пор, пока рычаг не примет горизонтальное положение. Когда момент сил достигнет максимального значения, рычаг снова начнет действовать на груз, нормальная сила поменяет свой знак относительно рычага. Тангенциальная сила начнёт уменьшаться, до момента, когда рычаг не окажется в положении вертикально вниз (нижняя мёртвая точка (НМТ)).

Таким образом, как видно из Рис. №4, половину рабочего цикла груз ускоряется, двигаясь из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ), и половину — замедляется. Сделав несколько оборотов, колесо с неуравновешенными грузами достигнет состояния равновесия.

Цепь на наклонной плоскости

Еще один тип механических вечных двигателей — тяжелая цепь, переброшенная более длинной стороной через систему блоков. Теоретически предполагалось, что часть, на которой находится большее количество звеньев, начнет соскальзывать с наклонной плоскости, вследствие чего замкнутая цепь будет беспрерывно двигаться. Однако известно, что цепь будет покоиться. Этот тип двигателей интересен в первую очередь тем, что из невозможности его вечного движения инженер, механик и математик Симон Стевин (1548-1620) доказал закон равновесия тела на наклонной плоскости. Одна цепь тяжелее другой во столько же раз, во сколько раз большая грань (АВ на Рис.№5) призмы длиннее короткой (ВС на Рис.№5). Отсюда следует, что два связанных груза уравновешивают друг друга на наклонных плоскостях, если их массы пропорциональны длинам этих плоскостей.

Похожий по принципу механизм (Рис. №6): тяжелая цепь перекинута через колеса так, что правая ее половина всегда длиннее левой. Следовательно, она должна падать вниз, приводя цепь во вращение. Но цепь в левой части натянута отвесно, а правая — под некоторым углом и изогнуто. Аналогично вечное движение и этого механизма невозможно.

Гидравлический вечный двигатель с винтом Архимеда

В подавляющем большинстве вечных гидравлических двигателей изобретатели пытались использовать известный со времен Древней Греции механизм — винт Архимеда — полую трубку со спиралевидной плоскостью внутри, предназначенную для подъема воды из сосуда в сосуд наибольшей высоты.

Жидкость из сосуда, поднимается фитилями сначала в верхний сосуд, оттуда другими фитилями еще выше, верхний сосуд имеет желоб для стока, которое падает на лопатки колеса, приводя его во вращение. Оказавшаяся в нижнем ярусе жидкость снова поднимается по фитилям до верхнего сосуда. Таким образом, струя, стекающая по желобу на колесо, не прерывается, и колесо вечно должно находиться в движении (Рис. №7).

Только колесо этой машины никогда не станет вращаться, поскольку в верхнем сосуде не окажется воды. Это произойдет потому, что капиллярные силы вызванные искривлением поверхности жидкости, хотя и позволяют преодолеть силу тяжести, поднимая жидкость в ткани фитиля, но они и удерживают ее в порах ткани, не позволяя ей вытечь из них.

Сосуд Денни Папена

Проект гидравлического вечного двигателя Денни Папена — сосуд, сужающийся в трубку и загнутый таким образом, что свободный конец трубки с меньшим радиусом расположен в пределах большого «горла» сосуда (Рис. №8). Автор предполагал, что вес воды в более широкой части сосуда будет превосходить вес жидкости, находящейся в трубке, в более узкой части. Таким образом, должна была происходить циркуляция жидкости за счет разности давлений. На самом деле в данном случае работает основной закон гидростатики: давление, оказываемое на жидкость, передается без изменения по всем направлениям. Поверхность жидкости в тонкой трубке установится на том же уровне, что и в сосуде, как в любых сообщающихся сосудах.

Ранее это двигателя были предложены похожие сосуды, иначе ориентированные в пространстве. В них за основу брался принцип действия сифона: в нем (в изогнутой трубке с коленами разной длины, по которой жидкость поступает из сосуда с более высоким в сосуд с более низким уровнем жидкости) работа, затрачиваемая на подъем жидкости, производится атмосферным давлением. В то же время, чтобы жидкость могла протекать через сифон, максимальная высота его изгиба не должна превосходить высоту столба жидкости, уравновешиваемого давлением внешнего воздуха. Для воды эта высота при нормальном барометрическом давлении составляет примерно 10 м. — этот факт не учитывался и приводил к неверным выводам о вечном движении такого двигателя.

Другие гидравлические двигатели

Среди множества проектов вечного двигателя было немало основанных на законе Архимеда. Один из таких проектов выглядит следующим образом: высокий сосуд (20 м), наполненный водой, имеет расположенные на одной грани в разных ее концах шкивы, через которые перекинут прочный бесконечный канат с четырнадцатью закрепленными полыми ящиками кубической формы. Ящики одинаковы, равноудалены, водонепроницаемы и имеют стороны в 1 м (Рис. №9).

Действительно, ящики, находящиеся в воде, будут стремиться всплыть вверх. На них действует сила, равная весу воды, вытесняемой ящиками.

Но даже при условии, что данный канат бесконечен, эффект не оправдывается, потому что чтобы канат вращался, ящики должны входить в сосуд именно со дна, а для этого они должны преодолеть давление столба воды, которое окажется значительно больше силы Архимеда.

Упрощенный вариант вечного двигателя гидравлического типа (Рис.№10), идея которого исходит из грубого нарушения толкования закона Архимеда. Погруженная в воду часть деревянного барабана, согласно закону Архимеда, подвергается действию выталкивающей силы. Конечно, колесо вращаться не будет, потому что сила будет направлена не вверх (как предполагалось изобретателем), а к центру колеса.

Магнитный вечный двигатель

Несложная, но оригинальная модель вечного двигателя с магнитами. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один прямой, установленный выше, другой изогнутый (Рис. №11). Железный шарик, помещенный на верхний желоб, будет притягиваться магнитом, затем на пути он попадет в отверстие, скатится по нижнему желобу и снова перейдет на верхний желоб.

Однако, если магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик не притянется вовсе.

Вечный двигатель первого рода в противоречии с законом сохранения энергии

Окончательное утверждение закона сохранения энергии в 40-70 годы XIX века произошло на основе работ Сади Карно, Роберта Майера, Джеймса Джоуля и Германа Гельмгольца, которые показали связь между различными формами энергии (механической, тепловой, электрической и др.). Закон сохранения энергии формулируется в следующем виде: в изолированной системе энергия может переходить из одной формы в другую, но общее количество ее остается постоянным.

Как правило, невозможность вечного двигателя рассматривают как следствие закона сохранения энергии. Рассуждения Майера и опыты Джоуля доказали эквивалентность механической работы и теплоты, показав, что количество выделяемой теплоты равно совершенной работе и наоборот, формулировку же в точных терминах закону сохранению энергии первым дал Гельмгольц. В отличие от своих предшественников, он связывал закон сохранения энергии с невозможностью существования вечных двигателей. Принцип невозможности вечного двигателя был положен Майером и Гельмгольцем в основу анализа различных превращений энергии. Макс Планк в работе «Принцип сохранения энергии» сделал специальный акцент на эквивалентности (а не причинно-следственной связи) принципа невозможности вечного двигателя и принципа сохранения энергии.

В термодинамике исторически закон сохранения формулируется в виде первого начала термодинамики: изменение внутренней энергии термодинамической системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил над системой и количества теплоты, переданного системе, и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход, т. е. Q = ΔU + A. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

Вечные двигатели второго рода

Классический вечный двигатель второго рода предусматривает возможность накопления тепла за счет работы, затраты которой меньше полученного тепла, и использования части этого тепла для повторного совершения работы в новом цикле. Таким образом, должен образоваться избыток работы. Другой вариант этого двигателя подразумевает упорядочение хаотического теплового движения молекул, в результате чего возникает направленное движение вещества, сопровождаемое понижением его термодинамической температуры. Широко известных проектов таких двигателей изобретено не так много, как, например, двигателей первого рода, и информация о них не достаточна для описания. Подавляющее большинство идей таких машин являются абсурдными и противоречивыми, либо относятся к классу мнимых вечных двигателей (по сути, не являются вечными), обладают низким КПД.

Сформулированное Рудольфом Клаузиусом второе начало термодинамики однозначно утверждает: невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. Что также означает, что в замкнутой системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной (т. е. ΔS ≥ 0). Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Возможность использования энергии теплового движения частиц тела (теплового резервуара) для получения механической работы (без изменения состояния других тел) означала бы возможность реализации вечного двигателя второго рода, работа которого не противоречила бы закону сохранения энергии. Например, работа двигателя корабля за счет охлаждения воды океана (доступного и практически неисчерпаемого резервуара внутренней энергии) не противоречит закону сохранения энергии, но если, кроме охлаждения воды, нигде других изменений нет, то работа такого двигателя противоречит второму началу термодинамики. В реальном тепловом двигателе процесс превращения теплоты в работу сопряжен с передачей определенного количества теплоты внешней среде. В результате тепловой резервуар двигателя охлаждается, а более холодная внешняя среда нагревается, что находится в согласии со вторым началом термодинамики.

Мнимый вечный двигатель

В 60-х гг. XX в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или «птичка Хоттабыча». Тонкая стеклянная колба с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость. Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В колбе находится определенное количество эфира (в нижней части), верхняя пустая часть колбы обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят сосуд с водой и наклоняют ее, заставляя «попить» (Рис.№12). Затем механизм работает самостоятельно: несколько раз в минуту наклоняется к сосуду с водой, пока вода не кончится.

Механизм такого явления понятен: жидкость в нижней полости испаряется под влиянием комнатного тепла, давление растет и вытесняет жидкость в трубочку. Верхняя часть конструкции перевешивает, наклоняется, пар перемещается в верхний шарик. Давление выравнивается, жидкость возвращается в нижний объем, который перевешивает и возвращает «птичку» в первоначальное положение.

На первый взгляд здесь нарушается второе начало термодинамики: перепад температур отсутствует, машина только забирает тепло из воздуха. Но когда колба достигает сосуда с водой, вода из мокрой ваты интенсивно испаряется, охлаждая верхний шарик. Возникает разность температур верхнего и нижнего сосудов, за счёт которой и происходит движение. Если испарение прекратится (высохнет вата или влажность воздуха достигнет точки росы, то есть температуры, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу), машина в полном согласии со вторым началом термодинамики перестанет двигаться. Мощность такого двигателя очень низка из-за незначительной разности температур и давлений, при котором «птичка» работает.

Вечные двигатели как коммерческие проекты

Вечные двигатели, с древнейших времен окутанные тайной изобретения и действия, несомненно, создавались не только для использования в практическом плане. Во все времена были мошенники и фантазеры, намеревавшиеся извлечь не только энергию большую, чем 100%.

Одна из самых известных «афер века» — вечный двигатель Иоганна Бесслера (1680—1745).

Под псевдонимом Орфиреус этот саксонский инженер 17 ноября 1717 года в присутствии известных физиков продемонстрировал машину с диаметром вала больше 3,5 м. Двигатель пустили в ход и заперли в комнате, а проверив через полтора месяца, убедились, что колесо двигателя вращается с прежней скоростью.

Когда то же самое произошло еще через два месяца, слава Бесслера прогремела по всей Европе. Изобретатель соглашался продать машину Петру I, но этого не произошло. Однако это не помешало жить Бесслеру безбедно на средства, полученные путем демонстрации двигателя. Двигатель представляет собой большое колесо, вращающееся и поднимающее при этом тяжелый груз на значительную высоту (Рис. №13).

Изобретение вызвало множество споров и нерешенных вопросов. Самый главный из них — принцип действия — не был известен широкой публике. Поэтому недоверчивые скептики заключили, что секрет заключается в том, что искусно спрятанный человек тянет за веревку, намотанную, незаметно для наблюдателя, на скрытой части оси колеса. И их ожидания оправдались: вскоре служанка Бесслера раскрыла тайну:

двигатель действительно работал только с помощью третьих лиц (Рис. №14).

Еще один известный случай использования вечного двигателя «не по назначению»: в одном из городов с целью привлечения клиентов у одного кафе было установлено «вечно» вращающееся колесо, которое, конечно, запускалось с помощью механизма.

Некоторые разработчики идей вечных двигателей в хронологическом порядке:

1. Бхаскара Ачарья (1114-1185), поэт, астроном, математик;
2. Виллар де Оннекур (XIII век), архитектор;
3. Николай Кузанский (1401-1464), философ, теолог, церковно-политический деятель;
4. Франческо ди Джорджо (1439-1501), художник, скульптор, архитектор, изобретатель, военный инженер;
5. Леонардо да Винчи (1452-1519), художник, скульптор, архитектор, математик, физик, анатом, естествоиспытатель;
6. Джамбаттиста Порта (1538-1615), философ, оптик, астролог, математик, метеоролог;
7. Корнелиус Дреббель (1572-1633), физик, изобретатель;
8. Атанасиус Кирхер (1602-1680), физик, лингвист, теолог, математик;
9. Джон Уилкинс (1614-1672), философ, лингвист;
10. Денни Папен (1647-1712), математик, физик, изобретатель;
11. Иоганн Бесслер (1680—1745), инженер-механик, врач, мошенник;
12. Дэвид Брюстер (1781-1868), физик;
13. Вильгельм Фридрих Оствальд (1853-1932), физик, химик, философ-идеалист;
14. Виктор Шаубергер (1885-1958), изобретатель.

Заключение

В 1775 году Французская Академия приняла решение не рассматривать предложения вечных двигателей, выдвинув окончательный вердикт: построение вечного двигателя абсолютно невозможно. За всю историю вечного двигателя было изобретено более 600 проектов, причем большинство из них пришлось на время, когда стали известны законы термодинамики и сохранения энергии.

Конечно, усилия многочисленных создателей вечных двигателей не пропали даром. Пытаясь сконструировать невозможное, они нашли немало любопытных технических решений, придумали механизмы и устройства, которые до сих пор применяются в машиностроении. В бесплодных поисках вечного движения родились основы инженерной науки и подтвердились законы, отрицающие его существование.

Колесо бхаскары почему не работает

Побывав летом в «Парке научных развлечений» г. Перми меня заинтересовала работа механизма «Вечный двигатель» и мне захотелось узнать принцип его работы.

Двигатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Например, водяное колесо, или ветреная мельница — это простейшие виды двигателя. То есть, чтобы привести в работу мельницу, ветер дует на лопасти мельницы, приводя в движение жернова. Но как только ветер прекращается, лопасти останавливаются. А значит и работа двигателя останавливается. [1]

Вечный двигатель (лат. PERPETUUM MOBILE ) – воображаемое неограниченно долго работающее устройство без затрат топлива, получающее большее количество энергии, чем истрачено при его запуске.

В настоящее время ученые считают, что согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Однако идея вечного двигателя настолько привлекательна, что попытки его создать не прекращаются.[1]

Так почему же при наличии большого количества моделей вечный двигатель не работает без остановки? Постараемся в этом разобраться.

Цель работы: выявить принципы работы вечного двигателя.

Задачи исследования:

Изучить литературу и интернет источники о вечном двигателе.

Провести испытание работы модели вечного двигателя, его прототипов и выявить время их работы.

Перечислить причины почему ни одна его модель до сих пор не работает.

Гипотеза: мы предполагаем, что среди всех моделей есть такие механизмы, которые в будущем при устранении некоторых воздействующих на них сил смогут работать.

Причины для изучения проблемы: заинтересованность особенностями работы вечного двигателя.

Практическая значимость работы: изучение данной проблемы позволило мне ознакомиться с техническими характеристиками вечного двигателя и основными законами физики, связанными с работой вечного двигателя.

Методы исследования:

Анализ прочитанной литературы;

Глава 1. Основные модели вечного двигателя.

С древности люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Позже этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или Вечный двигатель. Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, используя как уже открытые модели, так и пытаясь создать что-то новое. В конце концов, разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное. [ 2]

В настоящее время родиной вечных двигателей считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает колесо с прикрепленными по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип его действия был основан на различии перемещающейся тяжести внутри сосудов.

Когда вращалось колесо, ртуть перетекала из одного конца ёмкости в другой, заставляя колесо совершить очередной оборот и должно само по себе вращаться бесконечно. Но двигатель в итоге останавливался, так как здесь срабатывает закон физики, который был позже открыт.

Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся ко времени развития механики в 13-14 веках. Среди рисунков знаменитого Леонардо да Винчи была найдена гравюра с чертежом подобной машины. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]

К 16-17 векам идея вечного двигателя получила особо широкое распространение. «Эпидемия» создания вечного двигателя разразилась в Англии и во Франции в середине 17 века. В 1678г. во Франции даже издавался научный журнал, в котором систематически публиковалась информация о вечных двигателях. Создавали такие двигатели не для собственного удовольствия, а в надежде на применение. В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. И даже после этого создание их не прекратилось. В течение 150 последующих лет патентные ведомства стран Европы и США выдали на подобные механизмы около тысячи патентов. На сегодняшний день существуют тысячи проектов вечного двигателя. Все они, разумеется, по разным причинам, не работают так как хотелось бы.

Наиболее часто встречающейся моделью является колесо с различными спицами, зубьями или просто с грузами внутри.

По идее перемещение различных тяжестей внутри колеса должно обеспечивать его вращение. Однако, колесо, даже если и вращается какое-то время, затем всегда останавливается. Причина проста — закон всемирного тяготения или, проще говоря, сила тяжести. Любой предмет вниз будет двигаться быстрее чем вверх. Рано или поздно это и остановит вращение.

Для преодоления этого закона необходимо все движущиеся детали вечного двигателя располагать строго горизонтально. Тогда сила тяжести, при их движении, будет оказывать одинаковое воздействие на все детали в любом их положении. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]

Похожая проблема возникает в проектах вечного двигателя, основанных на силе магнита. Изобретатели, как правило не учитывают, что сила магнитного притяжения будет уравновешиваться силой тяжести. [ 6]

Шарик, поднявшись вверх по желобу, не сможет свободно спуститься. Магнит будет его тормозить. В результате у шарика не хватит энергии повторить подъем.

Следующая модель работает на основе закона Архимеда. Вода, поднимаясь по винту Архимеда в верхней точке переливается последовательно в чаши при этом вращая лопасти водяных колес, которые вращают Архимедов винт, который поднимает воду и так по кругу до бесконечности.

Эта модель действительно могла бы работать если бы не сила трения, возникающая при вращении винта, которая в конечном итоге его и остановит.

Если когда-нибудь наши ученые создадут вещество, которое сможет устранить полностью силу трения….тогда целый ряд моделей вечного двигателя окажутся реально работающими и ученым придется пересмотреть закон сохранения энергии. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]

Глава 2. Современные прототипы вечных двигателей.

В настоящее время мы тоже можем наблюдать механизмы основанные на идее работы вечного двигателя. Это декоративные конструкции, работающие по принципу маятника. Они имеются в продаже, мы можем их приобрести и испытать. Одни механизмы вращаются вокруг оси. Другие работают за счет постоянного смещения движущихся деталей.

В «Парке научных развлечений» мы смогли понаблюдать за работой следующих механизмов.

Маятник Ньютона.

Потянув крайний правый шарик, мы наблюдаем странную картину: средние шарики остаются неподвижными и лишь крайний слева взмывает вверх и возвращает толчок кой же силы снова правому шару. На самом деле, если присмотреться средние шарики чуть заметно «вздрагивают», то есть то же совершают действие, успевая передать импульс соседнему шарику и остановиться. Последний шарик, не имея перед собой «препятствия», свободно движется, поднимаясь на высоту, затем возвращается, и все повторяется в обратном направлении.

Маятник Максвелла.

Чтобы маятник начал двигаться, необходимо намотать на ось ленты, на которых держится колесо. Отпустив колесо, ленты будут то разматываться, то

обратно заматываться на ось. Колесо будет то опускаться, то подниматься, но скоро остановится из-за того, что в системе присутствует сила трения и земное притяжение. В окружающем мире маятник можно увидеть в виде игрушки йо-йо, прародителем которой является маятник Максвелла.

Волновой маятник.

Шарики подвешены на оси на нити разной длины. Приводится в движение рычагом, который сначала выравнивает положение всех шаров, а затем приводит их в движение. Почему движения маятника на синхронны? Дело в том, что частота колебаний маятника зависит от длины подвеса. Чем длиннее подвес, тем меньше частота. Частота подобрана так, что через некоторое время после синхронного запуска мы увидим модель «бегущей волны». Потом эта «бегущая волна» пропадает, и мы можем наблюдать «стоячую волну».

Хаотичный маятник.

Приводится в движении при помощи ручки, которую необходимо прокрутить по часовой или против часовой стрелке. Через некоторое время он начинает двигаться хаотично. Его части взаимно влияют друг на друга, и энергия может перераспределяться между ними абсолютно непредсказуемо и уникально. Одна из них может остановиться, а другая в это же время начать вращаться. Движения данного маятника – наглядный пример хаотических процессов, который нельзя (или очень сложно) описать математически.

Вечный двигатель.

П о идее древних инженеров, продумавших данный механизм, это колесо должно крутиться вечно. В основе задумки лежит правило рычага. Одна из его формулировок: для уравновешивания груза на длинном рычаге требуется больше усилия, чем для уравновешивания груза на коротком. Проверить утверждение просто. Попробуйте удержать сумку (или предмет потяжелее) на вытянутой руке. Затем прижмите руку ближе к груди. Чувствуете разницу? На вытянутой руке труднее удержать, так как рука — это как бы рычаг. Прижав руку к груди, мы утрачиваем рычаг, поэтому и удержать проще. Так думали и создатели двигателя. Более длинные рычаги должны перевешивать. При повороте будут подключаться новые шарниры – рычаги, откидываясь под действием своей тяжести. В идеале это должно продолжаться вечно. Причина, по которой данный двигатель не работает вечно проста. Да, рычаги справа – длиннее. Но слева грузиков-рычагов больше, чем справа. Их количество компенсирует действие длинных рычагов. И еще, при вращении, работает сила трения. Именно поэтому колесо не будет вращаться вечно.

Глава 3. Практическая часть.

Анкетирование. (приложение 1)

Цель: Выявление информированности учащихся 3-х классов о возможности создания вечного двигателя.

В анкетировании приняли участие 21 ученик 3 Б класса МАОУ «СОШ № 25».

Несостоявшиеся вечные двигатели

Несостоявшиеся вечные двигатели: батарейка Карпена, водяной винт Фладда, колесо Бхаскара, часы Кокса, тестатика Бауманна, колесо Бесслера.

Батарейка Карпена

Несмотря на то, что с 1775 года Парижская академия наук не рассматривает проекты вечного двигателя, многие из воплощений идеи perpetuum mobile принесли ощутимую практическую пользу. Например, батарея румынского инженера Николае Василеска-Карпена, который изобрел это устройство в 1950 году. Его батарея работает по сей день, то есть уже 65 лет, и хранится в Национальном техническом музее Румынии. Почему это происходит – не могут ответить до сих пор. Ученые склоняются к тому, что в батарее кроется какой-то хитроумный секрет и она является банальной мистификацией. Впрочем, очень талантливой.

Водяное колесо Роберта Фладда

Ученый и алхимик рубежа XVII века опубликовал ряд трудов, где описал множество изобретений. В том числе и «вечный двигатель». Он представлял собой колесо, которое постоянно черпало воду и, как надеялся Фладд, за счет этой энергии должно было молоть зерно. Стоит ли говорить, что это нехитрое устройство не работало.

Колесо Бхаскара

А вот этот «двигатель» считается одним из самых ранних и датируется 1150 годом. Изобретение принадлежит математику и астроному Бхаскару, который назвал его «вечно вращающимся колесом». Оно представляло собой колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными узкими сосудами, которые наполовину были заполнены ртутью. По задумке Бхаскара, устройство должно было постоянно вращаться из-за разницы моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах. Именно на идее вращающегося колеса этого ученого базировалось множество проектов вечных двигателей в последующие века.

Часы Кокса

Еще одно весьма полезное изобретение, хоть и не ставшее вечным двигателем. Его создание принадлежит лондонскому часовщику Джеймсу Коксу, который в 1774 году сконструировал «вечно идущие часы», заявив о том, что их никогда не нужно будет заводить. Это оказалось неправдой. Что, однако, не отменяет воистину гениального решения изобретателя, часы которого работали, используя перепады атмосферного давления.

Еще один часовщик – уже из XX века – Пауль Бауманн не только изобрел «чудесный вечный двигатель», но и в 1950 году организовал вокруг него религиозную секту под названием «Месерница». Вот уж воистину деятельный человек! Члены секты не употребляют алкоголя, наркотиков, не курят табак, а еще обходятся неисчерпаемыми ресурсами «вечного двигателя» – тестатики, мощность которого составляет 750 кВт. По их словам, прибор способен собирать неиспользованную электрическую энергию и превращать ее в энергию, полезную для нужд духовной общины. Посторонние люди к машине, понятное дело, не допускаются, поэтому изучить ее нет никакой возможности.

Колесо Бесслера

Как мы уже говорили, многие изобретатели черпали идеи для своих детищ из концепции колеса Бхаскара. Сделал это и Иоганн Бесслер, который создал свое колесо, а потом запер его в комнате 12 ноября 1717 года, не забыв поставить возле дверей охрану. Через две недели комнату открыли – 3,7-метровое колесо по-прежнему вращалось. И вновь комната была закрыта. Дверь отворили лишь в начале января 1718 года: колесо вращалось. Колесо Бесслера, вероятно, могло стать удивительным изобретением, если бы не характер его же отца-создателя, который был скрытен и неуравновешен. Как только один из инженеров прокрался поближе к колесу, чтобы рассмотреть его, Бесслер уничтожил свое изобретение. Равно как и рисунки, схемы и чертежи колеса. Добавив, однако, что любой, кто окажется достаточно умен и смекалист, сможет разгадать секрет его изобретения.