Перпетуум мобиле | ТМ 1935-06

В античном мире не было надобности изобретать машину, которая работала бы без затраты энергии. Промышленности тогда почти не существовало, а многочисленные рабы были настолько дешевой рабочей силой, что не возникало никакой надобности в постройке каких-либо механизмов, заменяющих их труд.

Когда не стало даровой рабочей силы, появился первый водяной двигатель —- деревянное колесо, приводимое в движение течением реки. Это «самодвижущееся» колесо наводило человека на мысль о постройке машины, которая работала бы вечно и без затраты энергии. Теперь мы знаем, что и водяное колесо не работает без затраты энергии, а движется за счет энергии падающей воды. Никакого «вечного движения», т. е. движения даром здесь нет.

На мысль о вечном двигателе наводили также «колесные часы», которые появились в XIII в. Эти часы «ходят» за счет энергии поднятого груза, подобно тому, как кузнец использует энергию поднятого молота. Но идея построить часы, которые ходили бы без завода, была чрезвычайно заманчива сама но себе. Какая слава ожидала бы изобретателя!

У первых «изобретателей» вечного движения (или по-латыни — перпетуум мобиле) прежде всего возникла мысль использовать магнит или магнитный камень, как его называли в древности. Магнит обладает, казалось бы, неиссякаемой силой, а для изобретателя было очень важно найти такой источник силы. Вот почему древнейшее описание мнимого вечного двигателя мы находим как раз в рукописи XIII в., в которой говорится о магнитных явлениях в компасе. Это —  знаменитая рукопись 1269 г. Петра Перегринуса. Во второй части этого сочинения имеется целая глава: «Как построить вечный двигатель?» Здесь описывается механизм, который как будто должен работать вечно и без затраты энергии. В нем используется сила магнита.

Попытку использовать магнит мы встречаем у многих изобретателей перпетуум мобиле. Спустя четыреста лет мы ее находим, например, у автора XVII в. Вилькинса. Его магнитная машина весьма похожа на проект Перегринуса.

Вилькинс думал осуществить перпетуум мобиле следующим образом. На невысокую подставку он положил круглый магнит, а к подставке прислонил железную полоску, так что получилась наклонная плоскость. На обоих концах ее он просверлил по отверстию. Если положить теперь на нижний конец этой полоски небольшой железный шарик, то он под действием магнита должен вкатиться наверх. Но, достигнув верхнего отверстия полоски, он провалится в него и попадет на специальный желобок, проведенный иод железной полоской. Так как шарик защищен теперь от действия магнита полоской, то он беспрепятственно скатится по желобку выше и вновь очутится на нижнем конце наклонной плоскости, пройдя через нижнее отверстие. Тогда он снова притянется магнитом, и так до бесконечности.

Попытка Вилькинса использовать магнит для создания перпетуум мобиле. А — круглый магнит, помещенный на подставку В. Е. F — верхнее и нижнее отверстия наклонной плоскости

Вилькинс был вполне уверен, что проект его осуществим. Однако, когда он такой прибор изготовил, никакого вечного движения не оказалось. И сам Вилькинс впоследствии дал объяснение своей ошибки:

«Если магнит достаточно силен, чтобы поднять шарик по наклонной плоскости, то он во всяком случае будет настолько сильным, чтобы поднять его прямо с земли. И потому, как показывает опыт, имеет достаточную силу, чтобы совершенно удержать шарик вверху. Шарик не сможет упасть в верхнее отверстие. Вечное движение не осуществится».

Вилькинс пытался осуществить вечный двигатель самыми различными путями. Например, он придумал следующую гидравлическую установку, которая, по его мнению, должна была действовать вечно.

Он сделал деревянный полый цилиндр, внутри которого была уложена в виде спирали узкая металлическая лента. В обоих концах цилиндра просверлены небольшие отверстия. Если поместить теперь несколько наклонно такой цилиндр со спиральным ходом одним концом в сосуд с водой, а затем вращать цилиндр, то вода начнет подниматься по спирали вверх и, наконец, выльется из верхнего отверстия. Под это отверстие Вилькинс поместил специальную чашу с отводным носиком, как у обыкновенного чайника. Наполнив чашу, вода будет выливаться тонкой струей через носик и попадет в другую чашу, поставленную на более низкой подставке. Но по пути эта струя будет попадать на лопатки специального колеса, насаженного на спиральный цилиндр. Струя воды должна своей тяжестью толкать лопатки, заставляя вращаться колесо, а вместе с ним и весь цилиндр. Вилькинс сделал несколько таких чаш и колес с лопатками. Из последней чаши вода попадала обратно в сосуд. Таким образом Вилькинс надеялся получить вечное движение: вращение колес с лопатками должно вращать цилиндр, от этого вода поднимается вверх, опять попадает на лопатки и опять вращает цилиндр и т. д.

Гидравлическая установка Вилькинса, которая по его мнению, должна была действовать вечно. С, D— сосуд с водой. А, В — верхнее и нижнее отверстия цилиндра со спиральным ходом. E, F, G — чаши с отводными но икамй, H, I, К — колеса с лопатками, насаженные на цилиндр

Но этот «вечный двигатель» конечно отказался работать. Вот как сам Вилькинс описал свою неудачу:

«Когда я напал на эту мысль, —  писал Вилькинс; — я едва не закричал: «нашел, нашел!» — слова, которые когда-то произнес Архимед. Однако произведенные опыты обнаружили следующее:

1. Вода, которая поднялась на некоторую высоту, развивает, при падении с небольшой высоты, слишком незначительную силу.

2. Поток воды не в состоянии повернуть винт при помощи водяных колес.

3. Медленное движение винта не в состоянии поднять так мною воды, чтобы привести в движение водяные колеса».

*

Вилькинс потратил чрезвычайно много труда и времени на то, чтобы сконструировать свои мнимые вечные двигатели, проделать с ними опыты и неизбежно убедиться, что двигатели не работают.

Если бы Вилькинс был более сведущ в механике, то не стал бы даже производить опыты. Все великие механики считали, что вечный двигатель невозможен.

В записной книжке Леонардо да-Винчи мы читаем: «О вы, искатели вечного движения! Сколько создали вы напрасных проектов его существования. Присоединяйтесь к делателям золота!»

Галилей — замечательный физик XVII в. — приводил следующий пример:

«Если тело скатится с горы и затем будет, используя свою скорость, подниматься на другую гору, то оно не может подняться выше того положения, с которого скатилось, т. е. не может подняться на более высокую гору».

Другими словами, Галилей доказывал, что теоретически, в идеальных условиях, можно только представить себе вечное движение: тело скатится с горы, поднимается на другую гору до той же высоты, потом опять скатится вниз и т. д. Мы видим, что тело не приобретает при этом никакого излишка энергии, за счет которого оно могло бы совершить какую-нибудь работу, например подняться выше первоначальной точки. Если же мы перейдем в реальную обстановку, то телу придется тратить часть своей энергии на преодоление силы трения, а так как излишка энергии у него нет, то в реальных условиях оно не только не будет совершать работу, т. е. подниматься выше, оно будет с каждым разом подниматься все меньше и меньше и, наконец, совсем остановится. Таким образом в действительности мы не в состоянии построить не только вечный двигатель, т. е. совершающий какую-то работу, но и никогда не достигнем вечного движения, ибо мы можем только уменьшить силу трения, а не уничтожить вовсе.

Другой ученый XVII в., современник Галилея, Стевин построил доказательства некоторых теорем механики, исходя из невозможности создания вечного движения.

Знаменитый голландский физик Гюйгенс вывел в 1673 г. теорему о сложном маятнике, пользуясь noложением: «Если какие-нибудь тела силой своей тяжести начинают двигаться, то центр тяжести не может подняться выше того, где он находился в начале движения». По сути дела это повторение примера Галилея с телом, скатывающимся с горы.

Еще в 1678 г. знаменитый математик Лагир делал доклад в Парижской академии наук на тему о вечном двигателе. Он указывал на следующие ошибки перпетуум-мобильщиков:

«Среди тех, — говорил Лагир, —  которые приписывают себе открытие вечного двигателя, нет никого, который стал бы отрицать, что два тела, находясь в положении, неблагоприятном для естественного их движения по направлению силы тяжести, останутся в равновесии. Между тем среди мнимых вечных двигателей нет ни одного, который бы не вызывал совершенно обратного заключения...

Изобретатели вечных двигателей настолько усложняют свои машины, что забывают произвести в известный момент подсчет высоты поднятия и действия сил или их направления, которые иногда бывают так запутаны, что нужно много усилия, чтобы в них разобраться. Все это ведет к ложному заключению: «Вечный двигатель открыт!» А когда они показывают свое «прекрасное изобретение» людям науки, которые не могут популярно разъяснить, где кроется ошибка, они разглашают повсюду, что «ученые признали их открытие».

В самом деле, изобретатели «перпетуум мобиле» были большей частью настолько безграмотны теоретически, что не могли произвести простейшие расчеты сил своих двигателей. Например многие изобретатели пытались использовать свойства рычагов. Впервые описание такого двигателя встречается в рукописи XV в.

Автор этого проекта Марианус предложил насадить на колесо ряд вращающихся рычагов с грузами так, как это показано на рисунке. Мы видим, что рычаги, попадая на правую сторону колеса, выпрямляются, т. е. грузы их находятся дальше от оси вращения, чем с левой стороны. Поэтому по закону рычагов правая сторона будет «тяжелее» и колесо начнет вращаться.

Однако когда многочисленные изобретатели подобных машин пробовали осуществить свои проекты, пущенная машина вскоре останавливалась. Причина ясна. В машине Мариануса справа действуют пять грузов-палок, по зато в противоположную сторону шесть. Это уничтожает преимущество, созданное различием плеч рычагов.

Истории техники знает несколько случаев, когда в газетах сообщалась сенсационная весть: «Наконец вечный двигатель найден!» Но впоследствии оказывалось, что вечный двигатель работал жульническим способом. К таким «вечным двигателям» принадлежит «колесо Орфиреуса». Большое колесо приводилось .во вращение рукой, затем комната, в которой оно находилось, тщательно запечатывалась. Через несколько дней комнату распечатывали, а колесо все продолжало свое «вечное движение».

Газетное сообщение о замечательном колесе Орфиреуса дошло до Петра Первого. Он сильно заинтересовался им, в особенности когда стало известно, что комиссия, составленная по почину польского короля Августа Второго, выдала Орфиреусу свидетельство, будто он своей машиной решил задачу о перпетуум мобиле. Между прочим среди членов этой комиссии был известный физик Христиан Вольф — учитель Ломоносова. Один из русских историков сообщает, что Петр Первый приглашал Вольфа приехать на каких-угодно условиях в Петербург, только бы он согласился усовершенствовать изобретение Орфиреуса.

Однако вскоре обнаружился обман. Оказалось, что колесо вращалось с помощью шнура, конец которого был незаметно проведен в соседнюю потайную комнату.

*

Научные учреждения не раз пытались удержать изобретателей от напрасных трудов в поисках вечного двигателя. Так, в 1775 г. Французская академия наук постановила: «Впредь не рассматривать проектов вечных двигателей». Однако проекты продолжали поступать, свидетельствуя о незнании изобретателей основных принципов механики.

С 1617 по 1903 гг. одно только Британское патентное бюро получило около 600 проектов вечных двигателей.

Во второй половине XIX в., как известно, был окончательно установлен и сформулирован закон сохранения энергии, по которому энергия не может возникнуть из ничего или же исчезнуть, она может лишь переходить из одной формы в другую, причем ее общее, количество остается неизменным. Таким образом мы видим, что невозможность двигателя вечного движения есть только одна из формулировок этого замечательного и универсального закона природы.

И все же, несмотря на это, Британское патентное бюро получило более 500 проектов перпетуум мобиле уже после того, как закон сохранения энергии быт открыт. Это лишний раз доказывает, что таким бессмысленным изобретательством могут заниматься лишь люди, неграмотные и совершенно несведущие в элементарных законах науки к техники.

В. Лебедев