Возможен ли вечный двигатель?

Ко мне в комнату с таинственным видом вошел человек, бережно неся громоздкую вещь, обернутую материей. Я впервые видел этого человека, но мне нетрудно было догадаться о цели его посещения и о том, какая вещь находится в его свертке.

— Можете ли вы, — начал он, —  уделить десять минут для рассмотрении того, над чем я работал десять дет?

— Какого рода ваше изобретение? —  осведомился я. Мой посетитель уклонился от прямого ответа.

— Попрошу вас рассмотреть этот чертеж, — поспешно заговорил он, развертывая передо мной лист бумаги. — Колесо А с 36 зубцами...

— Не скажете ли мне, однако, заранее, что это такое? Новый электромотор? Усовершенствованная мясорубка? Машинка для вязания? — допытывался я

— Сейчас все для вас станет ясным. Вот это колесо, имеющее 36 зубцов, приводится во вращение тяжелыми шарами, которые скатываются вот отсюда и попадают в промежутки между зубцами колеса. Промежутки эти выточены по форме шаров. Теперь смотрите: вся правая половина колеса нагружена шарами; она перетягивает левую и поворачивает колесо...

— Короче говоря, вы придумали вечный двигатель, — перебил я, убедившись, что первоначальное мое подозрение вполне оправдалось, — в свертке у вас модель?

— Деревянная.

— Ну и что, вертится?

— Пока еще не действует. Но ведь какая это модель! Обыкновенные пульки вместо тяжелых шаров; в них нет той силы, какая требуется. Настоящая же машина, разумеется, будет вертеться. Не может не вертеться! Моя машина — совсем не то, что у разных там малосведущих изобретателей. Я читал вашу книгу и не повторяю тех ошибок, о которых вы пишете. Мое самодвижущееся колесо — особого рода. Оттого я и не хотел вам сказать сразу, что у меня тут вечный двигатель: боялся, не станете со мной разговаривать. Скажите: весом 9 шаров можно заставить один такой же шар подняться вверх?

— Конечно.

— Моя машина на этом и основана. Я хорошо понимаю, что падением груза нельзя поднять такой же груз на большую высоту. У меня поднимается меньший груз и притом — на равную высоту. Вот взгляните: 9 шаров, лежащих между зубцами большого колеса, нагружают эту половину; под их весом колесо поворачивается и вращает сцепленное с ним другое колесо. Передача здесь такая, что пока первое колесо делает один оборот, другое делает 9 оборотов и поднимает один шар до уровня верхнего края первого колеса. Достигнув этой высоты, шар попадает в промежуток между зубцами, и все начинается сызнова. Вы видите, что мой механизм непременно должен вертеться. Отчего бы ему остановиться?

На этом рисунке изображен один из проектов "перпетуум мобиле". Иден этого неосуществимого проекта — вечно вращать колесо круговоротом падающих шаров.

— Ему и не придется останавливаться. Я еще не вижу, какая сила заставит его вращаться.

— Какая сила? А разность между весом 9 шаров и одного? Ее достаточно, чтобы пересилить даже и трение.

— У вас второе колесо вертится ровно в 9 раз быстрее первого?

— Да. Иначе нельзя устроить.

— Но при таком соотношении грузов и их скоростей машина при наличии трения действовать не будет.

— Почему же? Ведь вы согласны, что 9 шаров должны, опускаясь, поднять один шар даже при некотором трении.

— Только не со скоростью, в 9 раз большей.

— Не все ли равно с какой скоростью?

— Далеко не все равно. Поднимаясь в 9 раз быстрее, ваш одинокий шар успеет достигнуть 9-кратной высоты, пока 9 шаров поднимутся на одинарную. Умножьте силу на проходимый путь и вы получите то, что называется «работой» силы. У вас работа грузов на обоих колесах одинакова. Такая машина не может преодолеть трения своих частей, чтобы вечно вертеться.

— Это новый закон?

— Закон этот известен давно и в древности назывался «золотым правилом механики»: что выгадывается в силе, теряется в скорости, и наоборот. В наше время мы говорим о том же в других выражениях: утверждаем, что невозможно создать работу. Заметьте: работу, а не силу. Малую силу вы можете превратить в большую, если пожертвуете скоростью ее действия. Но превратить малую работу в большую невозможно ни на какой машине. Нет закона сохранения силы, а есть закон сохранения работы.

Мой посетитель, не дожидаясь конца разъяснений, молча свернул чертежи, увязал в сверток модель и собрался уходить.

— Вы говорите, что читали мою книгу по физике. Там, однако, прямо говорится, что устроить вечный двигатель невозможно. Почему же вы все-таки взялись за него? — спросил я.

— Мне казалось, что я напал на новую мысль. А кроме того, в другой книге, не вашей, напечатано, что вечный двигатель все же можно придумать, если хорошенько потрудиться, не смущаясь неудачами.

Брошюра, на которую он ссылался (Вознесенский «О машинах вечного движения»), имелась в моей библиотеке. Я извлек ее из шкапа, и посетитель указал мне в ней следующее место:

«Надо внимательно углубиться в сущность дела и посмотреть, почему именно такая машина теперь считается невозможной, нет ли тут какой-нибудь ошибки в рассуждении. Быть может, после длинного ряда неудач кому-нибудь и посчастливится действительно создать подобную машину».

Фразу, построенную как вопрос, мой собеседник, к своему несчастью, понял как утверждение. Когда говоришь с изобретателями вечного двигателя, надо остерегаться подобных оборотов речи.

*

Я рассказал сейчас об одном из многочисленных посещений, которым время от времени удостаивают меня изобретатели вечного двигателя с той поры, когда впервые вышла в свет моя —  «Занимательная физика». За двадцать слишком лет перед моими глазами прошел длинный ряд проектов неосуществимой машины. За последние годы, с успехом точного естествознания, число попыток изобрести такую машину даже увеличивается. Особенно подняло дух подобных изобретателей то, что наука, считающая атомы неразрушимыми, а элементы непревратимыми, теперь расщепляет атомы и превращает одни элементы в другие. Если, — думают изобретатели, — в наши дни осуществилась мечта древней алхимии, то почему не может реализоваться старинная греза о вечном двигателе? Ссылка на закон сохранения энергии для искателя вечного двигателя нисколько не убедительна. Ход их мыслей примерно таков. «Когда ученые установили этот закон, они не знали еще о моем изобретении; достаточно им показать мой вечный двигатель, чтобы заставить их отречься от этого закона». Убедить подобного изобретателя удается лишь в том случае, если обнаружить ошибку в его конструкции, не ссылаясь на закон сохранения энергии...

Впрочем, выдумки изобретателей вечного двигателя не отличаются разнообразием. Сами того не подозревая, они повторяют друг друга. Старинная, давно отвергнутая мысль вселяется в ум современного изобретателя-фантазера  и становится несчастьем его жизни, бесплодно поглощая его энергию, время, деньги. Та выдумка, которая возникла в голове моего посетителя, очень напоминает проект, напечатанный в том же году в одном французском журнале. Примерно такая же идея — вечно вращать колесо круговоротом падающих шаров — зародилась более ста лет назад в уме механика-самоучки Лаврентия Голдырева, крестьянина Пермской губ. Придуманная им самодействующая машина была описана писателем Карониным-Петропавловским в рассказе «перпетуум мобиле» (по-латыни: вечный двигатель). Выдержка из этого рассказа приведена в моей книге «Занимательная физика». Или еще один проект другого русского изобретателя, москвича Порхунова. По ободу колеса в углублениях зубцов укреплены на шарнирах 8 брусков с грузами на конце. В правой половине колеса грузы откинуты дальше от его центра, нежели в левой. Поэтому изобретатель думал, что правые грузы, действуя на более длинное плечо рычага, пересилят левые и повернут колесо; при повороте же новые грузы займут на правой стороне снова такое же выгодное положение, а налево грузы будут по-прежнему свисать. Колесо должно вращаться вечно...

А вот еще один проект "вечного двигателя". Изобретатель думал, что правые грузы, действуя на более длинное плечо рычага, пересилят левые и повернут колесо; новые грузы займут на правой стороне такое же выгодное положение и... колесо должно вращаться вечно

На самом деле безостановочного вращения не будет. Колесо остановится в том положении, при котором близость левых грузов к оси вращения возместится их большим числом.

На рисунке видно, что грузы по обеим сторонам колеса распределены неравномерно: вправо \(\frac12+1+\frac12=3\) груза, а влево \(\frac12+1+1+1+\frac12=5\) грузов.

Эта неудачная выдумка тоже имеет предшественников. Чертеж точно такого же проекта имеется в рукописи XIII века. А между XIII и XX столетиями подобная же мысль в различных видоизменениях возникала у длинного ряда искателей вечного двигателя.

*

Чтобы не тратить бесплодно сил в погоне за несбыточным, нужно отдавать себе ясный отчет в той задаче, какая при этом ставится, и, прежде всего, не смешивать три сходных между собой по внешности понятия:

даровой двигатель, 
вечное движение, 
вечный двигатель.

ДАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — это механизм, черпающий энергию из таких запасов, на добывание которых не приходится затрачивать усилий. Примером могут служить часы, заводимые суточными колебаниями температуры или давления окружающего воздуха.

Конечно, не всякому двигателю подобного рода можно дать наименование дарового. Гидроцентраль черпает энергию из падающей воды, которая нам ничего не стоит, но такая установка не даровая. Далее: мы не тратили никаких усилий, чтобы накопить в недрах земли залежи каменного угля; но извлечение этого «дарового» горючего поглощает столько труда, что никто не назовет паровую машину даровым двигателем. Это наименование применимо только к таким дешевым машинам, которые используют источник энергии, не требующий от нас усилий для подведения к машине.

До сих пор не удавалось придумать даровой двигатель сколько-нибудь значительной мощности. Осуществлены лишь мелкие механизмы этого типа, например, часы, светящиеся буи. Здесь изобретательская мысль может найти себе благодарную почву.

Заводимые суточными колебаниями температуры или давлением окружающего воздуха часы могут служить примером "дарового двигателя".

Переходя теперь к понятию вечного движения, отметим, что вечное движение — это механизм, который сам движется безостановочно, но не способен привести в такое же движение другое тело. Снять с него работу нельзя: его движение немедленно прекращается. В идее вечного движения, так понимаемого, нет ничего противоречащего законам природы. Сама вселенная, охваченная безостановочным движением, является примером вечного движения. Другим примером может служить обращение планет вокруг солнца. Если бы мы умели устранять трение и другие помехи, то каждое однажды заверченное колесо, каждый однократно отклоненный в сторону маятник разрешали бы задачу вечного движения о обыденной обстановке. Но заставить этот механизм совершать полезную работу нельзя было бы: колесо или маятник тотчас остановились бы, едва с них снимут вложенный в них первоначально небольшой запас энергии. Это — совершенно бесполезные игрушки.

Наконец, под вечным двигателем в строгом смысле слов надо разуметь механизм, способный порождать неограниченное количество энергии, ни откуда ее не заимствуя. Такие машины существуют только в воображении малосведущих людей и никогда не могут воплотиться в реальной действительности.

В качестве иллюстрации остановимся на проекте нашего читателя Н. П. Лопоухова: «Имеется, — пишет он, — двигатель, работающий за счет энергии вращения его частей. Если мы эти две машины соединим ремнем и двумя проводами, по которым будет идти ток от динамо к двигателю, и пустим одну из машин, то у нас получится круговое движение энергии, превращающейся одна в другую. Если это так, то опровергается теория о невозможности вечного двигателя».

По мнению т. Лопоухова, установка, которая изображена на этом рисунке, опровергает теорию о невозможности вечного двигателя.

Предлагаемый читателем агрегат работал бы безостановочно лишь при том условии, если бы и мотор, и динамо давали 100% полезного действия. Так как это неосуществимо, то неосуществим и весь проект «вечного двигателя». Но если бы даже возможно было добиться 100% коэффициента полезного действия, перед нами и тогда был бы не вечный двигатель, а вечное движение, т. е. бесполезный механизм, не способный производить работу. Агрегат двигался бы сам, но привести в движение какой-нибудь посторонний механизм не мог бы.

Любопытно, что идея т. Лопоухова часто возникает в уме изобретателей. Ко мне не раз обращались с подобными проектами, причем некоторые даже пытались осуществлять их на деле и выражали недоумение по поводу того, что механизм не действовал. Такого рода попытки всегда свидетельствуют о низком уровне подготовки «конструктора».

Я. ПЕРЕЛЬМАН