Accesorii

Mașină cu mișcare perpetuă în apă. Mașină cu mișcare perpetuă. Ce este o mașină cu mișcare perpetuă

Printre numeroasele proiecte de „mișcare perpetuă”, au existat multe care s-au bazat pe plutirea corpurilor în apă. Un turn înalt de 20 m înălțime este umplut cu apă. În partea de sus și de jos a turnului se află scripete prin care se aruncă o frânghie puternică sub forma unei curele fără sfârșit. De frânghie sunt atașate 14 cutii cubice goale la un metru înălțime, nituite din foi de fier pentru ca apa să nu pătrundă în interiorul cutiilor. Cele două desene ale noastre descriu aspectul unui astfel de turn și secțiunea longitudinală a acestuia.

Proiectul unui motor de apă „etern” imaginar.

Structura turnului din figura anterioară.

Cum funcționează această instalare? Oricine cunoaște legea lui Arhimede își va da seama că cutiile, în timp ce sunt în apă, vor avea tendința de a pluti în sus. Ele sunt transportate în sus de o forță egală cu greutatea apei deplasată de cutii, adică greutatea unui metru cub apa, repetat de cate ori sunt cutii scufundate in apa. Din imagini se vede că în apă sunt întotdeauna șase cutii. Aceasta înseamnă că forța care poartă cutiile scufundate în sus este egală cu greutatea a 6 m 3 de apă, adică 6 tone. Ele sunt trase în jos de propria greutate a cutiilor, care, totuși, este echilibrată de o încărcătură de șase cutii care atârnă liber pe in afara frânghie.

Deci, o frânghie aruncată în acest mod va fi întotdeauna supusă unei forțe de 6 tone aplicată pe o parte și îndreptată în sus. Este clar că această forță va forța frânghia să se rotească fără oprire, alunecând de-a lungul scripetelor și, cu fiecare rotație, faceți o muncă de 6000 * 20 = 120.000 kgm.

Acum este clar că dacă împrăștiem țara cu astfel de turnuri, vom putea primi de la ele o cantitate nelimitată de muncă, suficientă pentru a acoperi toate nevoile economiei naționale. Turnurile vor roti armăturile dinamurilor și vor furniza energie electrică în orice cantitate.

Cu toate acestea, dacă te uiți cu atenție la acest proiect, este ușor de observat că mișcarea așteptată a frânghiei nu ar trebui să apară deloc.

Pentru ca frânghia nesfârșită să se rotească, cutiile trebuie să intre în bazinul de apă al turnului de jos și să o părăsească de sus. Dar la intrarea în piscină, cutia trebuie să depășească presiunea unei coloane de apă de 20 m înălțime! Aceasta este presiunea asupra metru patrat Suprafața cutiei este egală cu nici mai mult, nici mai puțin de douăzeci de tone (greutatea de 20 m 3 de apă). Împingerea în sus este de numai 6 tone, adică este clar insuficientă pentru a trage cutia în piscină.

Printre numeroasele exemple de motoare „perpetue” cu apă, dintre care sute au fost inventate de inventatori eșuați, puteți găsi opțiuni foarte simple și pline de spirit.

Aruncă o privire la poză. O parte a tamburului de lemn, montat pe o axă, este în mod constant scufundat în apă. Dacă legea lui Arhimede este adevărată, atunci piesa scufundată în apă ar trebui să plutească în sus și, atâta timp cât forța de plutire este mai mare decât forța de frecare pe axa tamburului, rotația nu se va opri niciodată...

Un alt proiect al unui motor cu apă „etern”.

Nu vă grăbiți să construiți acest motor „perpetuu”! Cu siguranță vei eșua: tamburul nu se va mișca. Care este problema, care este eroarea în raționamentul nostru? Se pare că nu am ținut cont de direcția forțelor care acționează. Și vor fi întotdeauna îndreptate perpendicular pe suprafața tamburului, adică de-a lungul razei față de axă. Din experiența de zi cu zi, toată lumea știe că este imposibil să faci o roată să se rotească prin aplicarea forței de-a lungul razei roții. Pentru a provoca rotația, trebuie aplicată o forță perpendiculară pe rază, adică tangențială la circumferința roții. Acum nu este greu de înțeles de ce, în acest caz, încercarea de a implementa mișcarea „perpetuă” se va sfârși cu eșec.

| înălţime discuții despre mișcarea perpetuă. | Controversa în jurul perpetuum mobile.

Mașini hidraulice cu mișcare perpetuă.

Una dintre legile nescrise ale vieții afirmă că autorii celor mai importante descoperiri și invenții rămân adesea necunoscuți - timpul le duce numele acestor oameni înainte ca alții să aibă timp să le observe realizările. De mii de ani încoace, lamele roții de apă se învârt - cea mai remarcabilă mașină din trecutul antic, o mașină care a însoțit dezvoltarea civilizației de la începutul ei până în prezent. Mii de mori, fierăstraie și pompe au fost alimentate de acest motor, care, alături de puterea musculară a oamenilor și a animalelor, a fost timp de secole singura sursă reală a puterii lor motrice. Adevărat, în ciuda simplității sale, roata de apă avea și un dezavantaj semnificativ - avea nevoie de o cantitate suficientă de apă curentă, indiferent de perioada anului. Acesta trebuie să fie motivul pentru care ideea de a funcționa o roată de apă într-un ciclu închis a fost foarte populară, ceea ce ar face-o independentă de schimbarea debitelor de apă și, prin urmare, ar asigura o utilizare mai largă a acesteia. Punctul slab al acestei idei a fost că a rămas neclar cum să livreze apa înapoi în tava care alimentează lamele roții de apă.

In poze 37 , 38 , 39 Sunt prezentate gravuri antice datând din 1661, înfățișând așa-numitele mori de apă uscată. Astfel de mori s-au răspândit la sfârșitul secolului al XVII-lea crearea lor este adesea asociată cu numele Heine, maestru fierar din Lemsala. Morile de apă ale lui Heine au atras atenția contelui Mellina, care a compilat o revizuire detaliată a acestor dispozitive - „ Descriere ilustrată a așa-numitei morii de apă uscată din orașul Lemsale din Livonia", publicat în " Ziar comercial„în 1796. Întâlnim desene și desene similare în Kaspar Schott, Atanasia Kirchera, Jacobo de Stradași alții Autorii tuturor acestor proiecte, preluate din cartea lui Böcklern. Noul teatru de mașini”, publicat la Nürnberg în 1661, folosea așa-numitul kokleyu(spirala de apă), sau șurubul lui Arhimede. La cel mai mult elemente interesante, prezentată în aceste figuri, este o turbină cu elice (lame), care a înlocuit treptat roata de apă obișnuită. Proiectarea unei mașini cu mișcare perpetuă propusă de de Strada în 1629, care folosea o roată de apă cu alimentare cu apă de sus (prin aspect era similar cu mașinile cu mișcare perpetuă prezentate în cărțile lui Becklern), destinate să conducă roți de șlefuit.

Figura 37 Figura 38

Figura 39

Schemele de mori de apă uscată, create pe principiul perpetuum mobile hidraulic, nu au fost niciodată puse în practică. Acest lucru este evidențiat de o serie de proiecte care diferă unele de altele doar prin unele detalii de design. În încercarea de a crește cantitatea de apă furnizată în tava superioară a roții, autorii unor astfel de proiecte au recurs adesea la combinarea a două sau mai multe șuruburi arhimediene. figura 39. Episcopul englez a lucrat și la mobilul hidraulic perpetuum cu șurub arhimedian. John Wilkins, care a descris-o în detaliu în eseul său „ Magie matematică", publicată în 1648. Un alt proiect pentru o mașină hidraulică cu mișcare perpetuă, al cărui desen este afișat pe Desen 40 , este o încrucișare între o roată de apă în trei trepte și o turbină într-o cascadă triplă, așezată pe un arbore înclinat comun. În interiorul acestui arbore se afla un șurub Arhimede, care ridica apa din rezervorul inferior până la lamele roții de sus. Pentru a clarifica inconsecvența acestor proiecte, să analizăm pe scurt funcționarea roții de apă și să facem o evaluare aproximativă a bilanțului energetic al acesteia. Să luăm în considerare mai întâi roata de apă alimentată de sus, singurul motor hidraulic care utilizează direct energia potențială a apei în cădere. Într-adevăr, apa din tava superioară cade în gălețile rotorului și, cu greutatea ei, le forțează să se miște în jos până când roata se rotește aproximativ o jumătate de tură și apa se revarsă în canalul de evacuare. Diametrul roților de apă era de obicei ales aproximativ egal cu înălțimea diferenței de nivel utilizată. În consecință, în cazul unor diferențe semnificative, roata de apă și-a pierdut o serie de avantaje, deoarece a devenit prea mare și prea grea. Puterea dezvoltată de roțile morilor de apă și ferăstrăilor a variat de obicei între 3,5 și 11 kW, cu o cădere de 3 până la 12 m și un al doilea debit de apă de ordinul 0,1-0,8 m 3. În acest caz, roata a fost întotdeauna amplasată strict deasupra suprafeței apei în canalul de evacuare, astfel încât atunci când nivelul acestuia creștea, marginea inferioară a roții să nu ajungă în apă. Tocmai această împrejurare nu a permis utilizarea deplină a întregii energii potențiale a apei, care a fost determinată teoretic doar de diferența de înălțime a nivelurilor superioare și inferioare. Pierderea totală chiar și pentru o roată de apă fabricată cu atenție cu alimentare cu apă de top a ajuns la aproximativ 20%, astfel încât eficiența unei astfel de roți nu a depășit niciodată 80%. Această cifră nu include însă pierderile de energie în mecanismul de transmisie, adică element necesar fiecare motor. Astfel, după calcularea tuturor pierderilor și rezistențelor pasive ale roții în sine și ale legăturilor de transmisie, eficiența întregului dispozitiv scade la 50-60%; randamentul roților cu alimentare cu apă la nivelurile mijlocii și inferioare este și mai mic. În cazul utilizării unei roți de apă ca element de antrenare al unui mobil perpetuum, dispozitivul de pompare condus de acesta trebuia să livreze în tava superioară exact aceeași cantitate de apă, care în același moment curgea pe lamele roții. în sine. Chiar dacă nu ținem cont de pierderile din pompa de transfer, puterea consumată de pompă trebuie să corespundă exact cu energia potențială a apei, care este determinată de diferența menționată între nivelurile superior și inferior și care, după cum am menționat de mai sus, nicio roată de apă nu poate fi folosită pe deplin. Această împrejurare în sine dovedește de ce nu poate exista o moară de apă uscată cu un ciclu de apă închis.

Figura 40

El a ajuns la o concluzie similară în 1724 Jacob Leupold, care a discutat această problemă în detaliu în cartea sa „ Teatrul universal de mașini”, publicată la Leipzig; El și-a exprimat punctul de vedere negativ asupra unor astfel de dispozitive în următoarele cuvinte: „O liră (adică, o încărcătură) este capabilă să mențină o altă liră în echilibru, dar nu o poate pune niciodată în mișcare”.

Figura 41

Desen 41 , preluat dintr-un manuscris care conține o descriere a două mașini curioase propuse în 1788 de un stareț florentin Vincent Olmi. Roata de antrenare a mobilului hidraulic perpetuum prezentat aici are palete în formă de lingură, care amintește oarecum de forma palelor unei turbine moderne. Pelton(turbină cu găleată). Alimentarea cu apă se realizează cu ajutorul unui jgheab conic îndreptat către o lamă specifică din partea inferioară a roții, care se rotește într-un plan vertical; utilizând astfel atât energia potențială cât și cea cinetică a apei. Interesant, această soluție tehnică se dovedește a fi foarte asemănătoare cu aparatul de duză al turbinei Pelton. Olmi însuși a susținut că mobilul său perpetuum este capabil să pompeze cantități mari de apă și, în același timp, este el însuși condus de această apă. În loc de un șurub arhimedean, se folosesc două pompe cu lingă pentru a ridica apa din rezervorul de jos în rezervorul de colectare a duzei de evacuare. Olmi însuși, aparent, nu avea absolut nicio îndoială cu privire la impecabilitatea proiectului său, care, de fapt, nu poate fi refuzată o anumită originalitate, deoarece în paginile ulterioare ale manuscrisului oferă chiar desene detaliate ale părților sale individuale. Pe lângă Perpetuum Mobile, Olmi a fost implicat în dezvoltarea și proiectarea altor mașini interesante. De exemplu, în același eseu el descrie și oferă desene ale unui dispozitiv pentru ridicarea și transportul obiectelor grele pe versanții munților, precum și diverse dispozitive auxiliare destinate scopurilor militare.

Figura 42

Pe cel vechi Desen 42 din Paris " Jurnalul Oamenilor de Știință", datând din 1678, arată o altă mașină cu mișcare perpetuă - mobilul hidraulic perpetuu Stanislav Solski, pe care a demonstrat-o la curtea regelui polonez în 1609-1610. Principiul funcționării sale, potrivit autorului, a fost următorul. Principalele părți ale acestei mașini cu mișcare perpetuă au fost o pompă de apă și o roată mm. Pe măsură ce sarcina V este coborâtă, cuva P se ridică treptat în sus. În același timp, supapa din pompă se ridică, iar apa începe să curgă în vas abcd. Prin canalul de evacuare n intră în rezervorul rotund g, deschide robinetul din acesta și se toarnă prin robinetul r în cuva P. Ca urmare, cada P începe să cadă sub greutatea apei, dar la un moment dat, prin intermediul unei frânghii întinse t atașată de o parte, se înclină și se golește. Cuva goală P se ridică din nou, sarcina V începe din nou să scadă și întreaga procedură se repetă din nou. În acest caz, roata mm ar trebui să efectueze numai mișcări oscilatorii.

Figura 43

Următoarele două mobile perpetuum, descrise mai jos, trebuiau să funcționeze în conformitate cu legea lui Arhimede privind forța de ridicare în lichide. Partea principală prima dintre ele, după cum reiese dinDesen 43 , este un tambur care se rotește în jurul unei axe orizontale cu capete bine închise. În interiorul tamburului erau două tije care se intersectează reciproc perpendiculare cu bile mari de plută montate pe ele. La capetele exterioare ale acestor tije, trecute prin suprafața laterală a tamburului prin intrări impermeabile, greutățile metalice au fost întărite. În acest caz, plutitoarele de plută trebuiau să devieze tijele în direcția corespunzătoare, ceea ce ar asigura dezechilibrul necesar al forțelor, făcând ca tamburul să se rotească continuu și uniform.

Figura 44

Un tip mult mai complex de mașină hidraulică cu mișcare perpetuă este prezentat în Desen 44 . Un rotor este scufundat într-un rezervor de lichid, din care se extind 6 brațe tubulare cu bule la capete. Pârghiile în sine sunt montate într-o cușcă specială care se rotește pe un arbore tubular. Când rotorul se rotește printr-o fantă din arbore, aerul din cavitatea arborelui intră secvenţial în tuburile pârghiei. Crearea excesului de presiune și pomparea aerului se realizează cu ajutorul unui burduf special situat sub rezervor și antrenat direct de la manivelă pe arborele rotorului Eliberarea aerului din bule este asigurată de o camă specială, indicată în figură un cerc negru, situat deasupra suprafeței lichidului din rezervor. Pentru a închide supapa în tub, o altă came rămâne sub suprafața lichidului. Principiul de funcționare al acestei mașini cu mișcare perpetuă este destul de evident din desen.

Figura 45

Mobilul hidraulic perpetuum, prezentat în Desen 45 . Partea tamburului de lemn scufundată în apă, conform legii lui Arhimede, este supusă forței de plutire. Autorul acestui proiect a pornit de la ipoteza că, dacă această forță de plutire se dovedește a fi mai mare decât forța de frecare în axa tamburului, atunci tamburul se va roti continuu în direcția indicată de săgeata din figură. În realitate, nu va exista deloc mișcare, deoarece forța arhimediană nu va fi îndreptată în sus, ci perpendicular pe suprafața tamburului. De fapt, dacă împărțim suprafața curbată a tamburului în secțiuni plate și mici elementare și ne imaginăm că fiecare dintre aceste secțiuni este acționată de o forță elementară de plutire îndreptată spre centrul de rotație al roții, atunci forța rezultată, fiind suma de forţe elementare, vor fi îndreptate tot spre axa roţii. Este clar că o forță care acționează în direcția radială nu va putea provoca nicio mișcare de rotație a roții.

Figura 46

Mașina hidraulică cu mișcare perpetuă prezentată în Desen 46 . Partea sa principală este un balansoar cu brațe egale, cu două rezervoare cu balamale la capete. Când se află în poziția superioară, unul dintre rezervoare deschide automat o gaură în partea inferioară a rezervorului superior și este umplut cu apă care curge din acesta. Sub greutatea rezervorului umplut cu apă, culbutorul începe să coboare până când rezervorul atinge suprafața apei din rezervorul inferior. În acest caz, un știft fix special deschide supapa din rezervor și eliberează apa din acesta în rezervorul inferior. În același moment, începe un ciclu de funcționare similar pentru rezervorul de la capătul opus al culbutorului. Autorul a intenționat să asigure pomparea apei înapoi în rezervorul superior cu două pompe cu piston, acționate de balansierul însuși.

Un grup special de mobile hidraulice perpetuum era format din dispozitive care foloseau legile cunoscute ale ridicării capilare a lichidelor. Destul de des întâlnim o descriere a unei mașini cu mișcare perpetuă, în care apa sau uleiul se ridică prin capilarele țesăturii fitilului într-un vas situat deasupra, apoi de-a lungul altui fitil fluidul de lucru se ridică și mai sus, etc., până când în cele din urmă ajunge. vasul cel mai de sus, de unde este alimentat printr-un jgheab la palele roții de apă. Roata se întoarce, lichidul curge în vasul inferior și întregul proces de creștere a capilarelor se repetă din nou. Dacă am face cu adevărat un astfel de dispozitiv, s-ar dovedi că roata cu zbaturi a acestei mașini nu s-ar roti niciodată, deoarece nu ar exista nicio picătură de apă în vasul superior. Cert este că, deși forțele capilare permit să depășească forța gravitațională, ridicând lichidul din țesătura fitilului, ele îl țin și în porii țesăturii, împiedicând-o să se scurgă din ele. Admițând însă că sub acțiunea forțelor capilare lichidul poate intra în continuare în vasul superior, trebuie să ținem cont simultan de faptul că poate curge și pe fitil înapoi în vasul inferior.

Figura 47

Literatura de specialitate menționează foarte des o altă încercare de a crea o mașină cu mișcare perpetuă folosind proprietățile capilare ale lichidelor - o mașină cu mișcare perpetuă.William Congreve, descris în detaliu Johann von Poppeîn cartea lui" Perpetuum mobile și arta managementului", publicată la Tübingen în 1832. Din punct de vedere mecanic, proiectarea mașinii experimentale a lui Congreve a fost foarte simplă, așa cum se poate observa din Desen 47 . Era format dintr-o centură închisă fără sfârșit din material poros, montată pe trei role, cu un lanț de greutăți atașat de-a lungul conturului său exterior. Autorul a presupus că mașina lui va funcționa după cum urmează. Când întregul sistem este scufundat în apă, astfel încât ambele role inferioare să fie sub suprafața apei, partea scufundată a centurii va deveni saturată cu apă. În același timp, din cauza forțelor capilare, apa se va ridica la o anumită înălțime de-a lungul părții frontale, verticală a benzii. Greutățile de pe partea înclinată a centurii vor stoarce apa care a fost absorbită în porii materialului în timp ce această parte a centurii a fost sub apă. Când apa este stoarsă din partea înclinată a centurii, echilibrul de forțe determinat de greutatea apei pe secțiunile verticale și înclinate ale centurii va fi perturbat. Deoarece partea verticală a benzii, necomprimată de greutăți, va reține apa absorbită în pori și, prin urmare, va fi mai grea cu exact greutatea apei ridicate în ea din cauza forțelor capilare. Astfel, dacă, în conformitate cu raționamentul de mai sus, apa de pe secțiunea verticală a centurii crește cu 1 inch (2,54 cm), atunci o centură de 1 picior lățime și groasă va avea o forță de tracțiune datorită apei saturate, egală cu aproximativ 30 de lire sterline (133,4 N). Dacă banda începe să se miște, despre care Congreve nu avea absolut nicio îndoială, atunci suprafața apei din punctele de contact cu banda se va îndoi ușor, drept urmare înălțimea apei crește datorită forțelor capilare. ceva mai mare. Autorul credea că, cu o înălțime de ridicare capilară de aproximativ 5 inchi, forța de antrenare va ajunge la 150 de lire sterline (667 N), iar cu o înălțime de 9 inci și o viteză a centurii de 13,7 m/min, această forță va crește la 180 de lire sterline. (801 N). În acest caz, mașina lui Congreve ar depăși deja semnificativ capacitățile umane în performanța sa. În ciuda ideilor lor utopice privind creșterea dimensiunii unei astfel de mașini, potrivit „ London Crafts Magazine” pentru mai 1827, autorul a reușit să dezvolte o mașină cu mișcare perpetuă de dimensiuni enorme, cu o putere utilă de 58,7 kW.

Figura 48

Pe la 1640 unii A. Martin celebru" ceas hidraulic", ilustrat pe Desen 48 . Mecanismul autopropulsat al acestui dispozitiv era menit să rotească mâinile de pe cadranul ceasului. Apa dintr-un vas închis ermetic, sub acțiunea forțelor capilare, trebuia să se ridice printr-un tub lung și îngust care se curba în partea de sus și să curgă din el pe lamele roții de apă. Deja la prima vedere la diagramă „ etern„Dispozitivul cronometric al lui Martin face evident că creatorul său avea și o idee oarecum exagerată despre capacitățile forțelor capilare. Faptul este că fenomenul de capilaritate se bazează pe diferența de mărime a forțelor intermoleculare dintre particulele individuale ale lichidului și forțele de interacțiune dintre aceste particule și peretele solid al tubului. Este rezultanta acestor două forțe care determină ceea ce se va observa în capilar: o creștere sau scădere a nivelului lichidului, adică. asa-numita crestere capilara sau depresiune capilara. Acest fenomen este însă limitat la anumite limite. Inventatorul, aparent, nici nu și-a imaginat că apa într-un tub îngust se ridică doar la o astfel de înălțime la care presiunea hidrostatică a coloanei de apă ridicate nu depășește valoarea forțelor capilare de adeziune. Deci, într-un tub de sticlă cu un diametru interior de 1 mm, apa, de exemplu, va crește cu 30, alcoolul cu 12 și eterul cu 10 mm.

Autorii proiectelor mobile perpetuum mecanice și hidraulice au găsit întotdeauna dificil să rezolve problema livrării încărcăturii sau lichidului înapoi la poziția inițială, ceea ce ar asigura continuitatea ciclului de funcționare al mașinilor lor. În același timp, din toate aceste exemple ne-am putut convinge că drumurile pe care le-au urmat mulți dintre ei s-au dovedit a fi foarte întortocheate și nu le promiteau de la bun început mare succes. Majoritatea experimentelor lor au fost ca rătăcirea într-un cerc vicios, unde unii inventatori repetau greșelile altora în speranța de a avea mai mult succes.

Giambattista Porta , celebru om de știință, experimentator și inventator " lanternă magică”, studiind structura sifonului propus de Erou al Alexandriei , a venit cu ideea unei noi mașini cu mișcare perpetuă, pe care intenționa să o folosească pentru a pompa apă. Între timp, planurile lui l-au îndemnat pe arhitectVittorio Zoncu se angajează în dezvoltarea directă a unui proiect pentru un astfel de „sifon” perpetuum mobile. Comportamentul inexplicabil al lichidelor dintr-un sifon (de exemplu, faptul că apa însăși se ridică într-un tub al sifonului, curge printr-o curbă și curge prin al doilea tub într-un vas situat dedesubt) a dat naștere unui nou concept - așadar. -numita frica de gol ( vid de groază). Cel mare însuși Galileo a susținut că natura se teme cu adevărat de gol. În opinia sa, dorința de a preveni apariția spațiului fără aer este cea care face ca apa să urce și să cadă în tuburile sifonului. La un moment dat, el și-a dedicat o parte din raționamentul său filozofic analizei conceptului de vid. Aristotel. Astfel, el a susținut că un vid nu poate apărea niciodată în natură, deoarece pentru a avea loc o mișcare rapidă, este întotdeauna necesar aerul, care s-ar împărți mai întâi în fața corpului și apoi s-ar închide din nou în spatele acestuia. Din învățăturile lui Aristotel, care a fost acceptată cu recunoștință de cercurile scolastice conservatoare, teoria medievală s-a dezvoltat treptat „ frica de natură în fața spațiului gol", care a servit drept bază pentru multe încercări fantastice de a folosi acest " frică„pentru propriile scopuri.

Se știe că munca depusă la ridicarea lichidului într-un sifon este produsă de presiunea aerului cauzată de diferența de niveluri de lichid din vasele care leagă ambele coturi ale sifonului. În același timp, pentru ca lichidul să curgă prin sifon, înălțimea maximă a îndoirii acestuia nu trebuie să depășească înălțimea coloanei de lichid echilibrată de presiune. aerul exterior. Pentru mercur, de exemplu, această înălțime la presiunea barometrică normală este de 76 cm, iar pentru apă - aproximativ 10 m Desigur, Giambattista Porta nu ar fi putut să știe toate acestea atunci - la urma urmei, era sigur că, cu ajutorul lui ". etern Sifonul va putea pompa apa chiar si peste munti inalti.

Figura 49

După cum am menționat deja, transferul acestei idei la dezvoltarea perpetuum mobile a fost realizat pentru prima dată de arhitectul orașului din Padova, Vittorio Zonca. Adevărat, spre deosebire de Poartă, el nu a intenționat deloc să construiască sifoane uriașe pentru a pompa apa prin lanțurile muntoase. PeDesen 49 Este prezentată o imagine a morii cu sifon propusă de el cu o roată de apă cu turbină. Lucrarea acestui " moara uscata„Tsongka și-a imaginat așa ceva. După închiderea ambelor capete ale țevii prin gaura în punctul său cel mai înalt, țeava este umplută cu apă până la vârf. Orificiul superior este apoi închis; atunci când ambele găuri inferioare ale sifonului din moară sunt deschise, potrivit autorului, ar trebui să apară automat un flux constant de apă.

În 1607, când Tsonka a publicat o descriere a invenției sale în cartea „ Noul teatru de mașini și structuri„, proprietățile presiunii barometrice nu erau practic încă cunoscute. Cu toate acestea, acest lucru rezultă deja din desenul mașinii lui Tsonka. La urma urmei, dacă deschiderea cotului de aspirație al sifonului se află sub gâtul de evacuare, atunci pomparea apei se dovedește a fi imposibilă, chiar dacă înălțimea punctului de îndoire a țevii satisface condiția specificată anterior. Tsonka a încercat să depășească dificultatea care a apărut înaintea lui prin extinderea secțiunii transversale a țevii lângă gâtul de evacuare, în speranța că creșterea masei de apă concentrată în această parte a sifonului va crește efectul de aspirație în celălalt cot al acestuia. .

Minerii și făcătorii de puțuri în munca lor au întâlnit adesea efectul „ frica de gol„Cu toate acestea, în raționamentul lor, ei nu au considerat nici Porto, nici Tsonka ca fiind complet corecte, deoarece, de exemplu, s-a dovedit că pompele obișnuite cu piston nu erau capabile să pompeze apa de la o adâncime mai mare de zece metri. Galileo însuși a recunoscut că „ frica de spațiul gol„în natură are propriile sale granițe, determinate de” incapacitatea coloanei de apă de a-și susține propria greutate în conductă" Abia după moartea sa, Torricelli a reușit să dezvăluie esența acestui fenomen, folosind mercur în loc de apă în experimentele sale cu vid. În același timp, a stabilit experimental că o coloană de mercur de 76 cm înălțime corespunde unei coloane de apă de zece metri - aceasta a fost tocmai limita pe care stăpânii care au săpat puțuri, care au încercat în mod repetat să mărească înălțimea de aspirație a pompelor lor, nu putea depăși. În același timp, Torricelli a indicat că nu „ frică" în fața unui spațiu fără aer, iar presiunea aerului ambiental reține mercurul sau apa într-un tub sigilat în partea de sus cu un capăt deschis de jos. Cu descoperirea lui Torricelli a rezolvat simultan două probleme: în primul rând, a dat o lovitură grea mecanicii lui Aristotel, în general acceptată până atunci, și, în al doilea rând, a arătat cât de nerealiste ideile lui Porta și Csonka despre imaginar „ frică„al naturii în fața vidului din punctul de vedere al creării unui perpetuum mobile.

Figura 50

Din păcate, eșecurile în încercările de a construi mașini cu mișcare perpetuă bazate pe legile hidrostaticii și efectul de capilaritate nu au fost un argument suficient de important în disputele științifice pentru susținătorii hidraulicii perpetuum mobile. Chiar și unii fizicieni celebri au adus un omagiu studiului unor astfel de posibilități. PeDesen 50 este dat perpetuum mobile propus de celebrul matematician Johann Bernoulli cel Bătrân. Principiul de funcționare al acestei mașini cu mișcare perpetuă s-a bazat pe utilizarea fenomenului de osmoză - difuzia reciprocă a două lichide separate de un perete poros. Dispozitivul lui Bernoulli nu avea piese mobile - mișcarea continuă era asigurată de unul dintre lichidele folosite în el. Partea sa principală și, în esență, singura era un vas cu un tub de sticlă introdus în el, al cărui capăt inferior era închis cu o membrană care permitea doar lichidului mai ușor să treacă prin pori. Autorul a presupus să umple vasul cu un lichid greu B, iar tubul echipat cu o membrană cu un lichid A mai puțin dens. În același timp, a recomandat alegerea lungimii tubului a și a înălțimii lichidului b în vas astfel încât relația

b/a > 2B /(A+B) .

Potrivit autorului, dacă această condiție ar fi îndeplinită, lichidul mai ușor ar pătrunde prin membrană din vas în tub, drept urmare un amestec al ambelor lichide s-ar revărsa peste marginea superioară a tubului și ar intra din nou în vas. - tot acest proces ar continua pe termen nelimitat. Bernoulli însuși a susținut că principiul pe care l-a folosit în acest dispozitiv a fost, de fapt, nu ideea lui, ci o analogie pură a unui fenomen natural grandios - ciclul apei în natură. Din punctul său de vedere, natura însăși dovedește posibilitatea existenței unui perpetuum mobile cu ciclu închis de umiditate. La urma urmei, în natură apa însăși se ridică din adâncurile oceanului la suprafață și, evaporându-se, cade apoi pe versanții munților, de unde se revarsă în ocean prin izvoare, pâraie și râuri. Apa de mare conține multe săruri, prin urmare densitatea sa este mai mare decât cea a apei pure. Membrana, sau în esență un filtru uriaș, este Pământul însuși, reținând sărurile și permițând doar apei curate să curgă către izvoare. Johann Bernoulli cel Bătrân nu a fost singurul care a fost interesat de principiul perpetuum mobile cu două fluide.

Figura 51

Contemporanul său, starețul francez Jean d'Haut-Fey , un celebru fizician, mecanic și ceasornicar, pe baza acelorași presupuneri, a ales, totuși, o cale mai dificilă - să creeze o mașină cu mișcare perpetuă folosind reactie chimica. Cavitatea A a dispozitivului său prezentată în Desen 51 , umplut cu soluții de cremă de tartru și vitriol. Când sunt amestecate, începe o reacție cu eliberarea de gaze, care, prin închiderea supapelor de la capetele tubului curbat C cu două picioare, vor stoarce o parte din amestec în camera D unde, de la un moment dat, excesul de presiune. apare. Această presiune închide supapa unidirecțională de la capătul tubului B și separă astfel lichidul din camera D de lichidul rămas în cavitatea A. Abate Haute-Feuille a presupus că amestecul din camera D va fi filtrat treptat, astfel încât într-un cot al tubului C să existe o soluție pură de tartru, iar în celălalt o soluție de vitriol. În acest caz, prin supapele inferioare, ambele soluții trebuiau să curgă din nou în cavitatea A și să se combine în amestecul original. Din păcate, raționamentul autorului s-a bazat pe presupunerea incorectă că, după terminarea reacției chimice care a apărut atunci când substanțele primare au fost amestecate, a fost posibil să se obțină din nou ambele componente în starea lor inițială și, prin urmare, să se continue procesul la infinit.

Figura 52

În 1685, într-unul dintre numerele revistei științifice londoneze „ Lucrări filozofice„a fost publicat propus de francez Denis Papin un proiect pentru un mobil hidraulic perpetuum, al cărui principiu de funcționare trebuia să infirme binecunoscutul paradox al hidrostaticei. Dupa cum se vede din poza Desen 52 , acest dispozitiv consta dintr-un vas care se înclina într-un tub în forma literei C, care se curba în sus și capătul său deschis atârna peste marginea vasului. Autorul proiectului a presupus în mod eronat că greutatea apei în partea mai largă a vasului ar depăși în mod necesar greutatea lichidului din tub, adică. în partea sa mai îngustă. Aceasta însemna că lichidul, cu gravitația sa, ar trebui să se strecoare din vas în tub, prin care va trebui din nou să se întoarcă în vas - realizând astfel circulația continuă necesară a apei în vas. Din păcate, Papen nu și-a dat seama că factorul decisiv în acest caz nu este cantitatea diferită (și odată cu ea greutatea diferită a lichidului în părțile largi și înguste ale vasului), ci, în primul rând, o proprietate inerentă tuturor. vase comunicante fără excepție: presiunea lichidului în chiar vasul și tubul curbat vor fi întotdeauna aceleași. Paradoxul hidrostatic este explicat precis prin particularitățile acestei presiuni esențial hidrostatice. Altfel numit paradox figura 61

Și Figura 62 . Ne atrag oarecum atenția soluție neobișnuită mecanismele lor cinematice. Primul figura 61 este o mașină cu mișcare perpetuă, aparținând acelei mici clase de mașini în care materialul în vrac - nisipul - era folosit ca fluid de lucru. Găleți montate pe brațe speciale ale rotorului au alimentat nisip în jgheabul înclinat superior. Mai departe de-a lungul jgheabului inferior, nisipul a revenit înapoi în camerele situate între obrajii rotorului. Pe măsură ce roțile se învârteau, camerele se găseau alternativ în poziția cea mai de jos, moment în care nisipul s-a vărsat din ele și a fost apoi ridicat din nou de găleți, drept urmare întregul ciclu a trebuit să fie repetat din nou. Pe Figura 62înfățișează o mașină cu mișcare perpetuă, care era antrenată de aerul comprimat furnizat din burduful forjei. În acest caz, funcționarea burdufului a fost asigurată folosind un mecanism de pârghie cu braț inegal asociat cu o manivelă, care, la rândul său, trebuia să fie antrenată de o transmisie cu angrenaje de la arborele rotorului motorului cu aer.

O analiză a unei colecții de desene și desene antice din manuscrisul lui Holtzhamer confirmă încă o dată faptul că studiul problemei mișcării perpetue a fost un subiect foarte plin de satisfacții pentru oamenii de știință și inginerii Renașterii târzii și ai barocului timpuriu; Mai mult, printre un număr mare de standard solutii tehniceȘi găsim idei de același tip care se remarcă prin inteligența lor binecunoscută și o cantitate semnificativă de originalitate.

Dacă am fi vrut să revizuim și să analizăm design-urile tuturor mobilelor hidraulice perpetuum fără excepție, ne-ar lua prea mult spațiu și timp. Adevărat, pe unii dintre ei îi vom întâlni într-o altă secțiune, care descrie încercările de a crea mașini cu mișcare perpetuă în secolele al XIX-lea și al XX-lea. Cu toate acestea, chiar și cu aceste exemple, putem fi din nou convinși de principalul lucru - baza pentru combinații din care inventatorii moderni au creat zeci de opțiuni de design, de fiecare dată prescurtandu-le drept solutie originala, aproape întotdeauna a servit acelorași câteva principii fizice de bază.

Marea atenție pe care inventatorii mașinilor cu mișcare perpetuă au acordat-o încercărilor de a folosi hidraulica pentru ele nu este, desigur, întâmplătoare.

Este bine cunoscut faptul că motoarele hidraulice erau larg răspândite în Europa medievală. Roata de apă a servit în esență ca principală sursă de energie pentru producția medievală până în secolul al XVIII-lea.

În Anglia, de exemplu, conform inventarului terenurilor erau 5.000 de mori de apă. Dar roata cu apă a fost folosită nu numai în mori; Treptat, a început să fie folosit pentru a antrena ciocanele în forje, porți, concasoare, suflante, mașini-unelte, rame de cherestea și așa mai departe. Cu toate acestea, „energia apei” a fost legată de anumite locuri de pe râuri. Între timp, tehnologia necesita un motor care să funcționeze oriunde era nevoie. Prin urmare, ideea unui motor de apă independent de râu a fost într-adevăr complet naturală, jumătate din luptă - pentru a folosi presiunea apei - a fost clară. Am acumulat destulă experiență aici. Cealaltă jumătate a rămas - pentru a crea o astfel de presiune în mod artificial.

Metodele de alimentare continuă cu apă de jos în sus sunt cunoscute încă din cele mai vechi timpuri. Cel mai avansat dispozitiv necesar pentru aceasta a fost șurubul lui Arhimede. Dacă conectați o astfel de pompă la o roată de apă, ciclul este încheiat. Trebuie doar să umpleți piscina din partea de sus cu apă mai întâi. Apa care curge din el va învârti roata, iar pompa condusă de la ea va furniza din nou apă în sus. Acest lucru creează un motor hidraulic care funcționează, ca să spunem așa, „în autoservire”. Nu are nevoie de niciun râu; el însuşi va crea presiunea necesară şi în acelaşi timp va pune în mişcare moara sau maşina.

Pentru un inginer de atunci, când nu exista conceptul de energie și legea conservării acesteia, nu era nimic ciudat într-o asemenea idee. Mulți inventatori au lucrat pentru a încerca să-l aducă la viață. Doar câteva minți au înțeles că acest lucru este imposibil; unul dintre primii dintre ei a fost geniul universal - Leonardo da Vinci. În caietele sale a fost găsită o schiță a unei mașini hidraulice cu mișcare perpetuă. Aparatul este format din două dispozitive A și B interconectate, între care se află un vas umplut cu apă. Dispozitivul A este un șurub Arhimede care alimentează cu apă din rezervorul inferior în vas. Dispozitivul B se rotește, antrenat de apa care se scurge din vas, și rotește pompa A - un șurub arhimedian; Apa uzată este scursă înapoi în rezervor.

În locul pompei de apă cunoscută la acea vreme, Leonardo a folosit o turbină cu apă, făcând în treacăt una dintre invențiile sale. Această turbină B este o pompă inversată - un șurub Arhimede. Leonardo și-a dat seama că, dacă turnați apă pe el, se va roti de la sine, transformându-se dintr-o pompă de apă într-o turbină.

Spre deosebire de inventatorii săi contemporani și viitori ai mașinilor hidraulice cu mișcare perpetuă de acest tip (motor de apă + pompă de apă), Leonardo știa că nu va putea lucra. El a numit apă în care nu există nicio diferență de niveluri foarte figurat și precis „ apa moarta„(aqua morta). El a înțeles că apa în cădere ar putea în mod ideal să ridice aceeași apă la nivelul anterior și nimic mai mult; Nu muncă în plus ea nu poate produce. În condiții reale, propriile studii de frecare au dat motive să creadă că nici acest lucru nu se va întâmpla, deoarece „din forța mașinii este necesar să se scadă ceea ce se pierde din frecare în suporturi”. Iar Leonardo dă verdictul final: „este imposibil să pui morile în mișcare prin apă moartă”.

Această idee despre imposibilitatea obținerii apei moarte „din nimic” a fost dezvoltată ulterior de R. Descartes și alți gânditori; în cele din urmă a dus la stabilirea legii universale de conservare a energiei. Dar toate acestea s-au întâmplat mult mai târziu. Între timp, inventatorii mobilelor hidraulice perpetuum au dezvoltat din ce în ce mai multe versiuni noi ale acestora, explicându-și de fiecare dată defecțiunile printr-un defect anume.

Unul dintre trucurile pentru a ocoli dificultățile de proiectare a unei mașini hidraulice cu mișcare perpetuă a fost de a face ca apa să se ridice (sau să se scurgă) la o diferență de înălțime mai mică. În acest scop, a fost prevăzut un sistem în cascadă de mai multe pompe și rotoare conectate în serie. O astfel de mașină este descrisă în cartea lui D. Wilkins, deja cunoscută nouă. Apa este ridicată de o pompă cu șurub, constând dintr-o țeavă înclinată în care se rotește un rotor. Este antrenat de trei rotoare, cărora li se furnizează apă din trei vase în cascadă. În evaluarea sa asupra acestui motor, Wilkins, la fel ca în cazurile descrise mai devreme, a ieșit pe primul loc. El nu numai că a respins acest motor din motive generale, dar a calculat chiar că pentru a roti spirala, avea nevoie de „de trei ori mai multă apă pentru a se roti decât cantitatea pe care o furnizează în vârf”.

Rețineți că Wilkins, la fel ca mulți dintre contemporanii săi, a început să studieze mecanica și hidraulica încercând să inventeze o mașină cu mișcare perpetuă. Un alt exemplu al efectului stimulator al perpetuum mobile -1 asupra științei din acea vreme.

Wilkins a dat, de asemenea, prima clasificare a metodelor de construire a mașinilor cu mișcare perpetuă:

1). Utilizarea extractiei chimice (aceste proiecte nu au ajuns la noi);
2). Utilizarea proprietăților unui magnet;
3). Cu ajutorul gravitației

El a atribuit mașinilor hidraulice cu mișcare perpetuă celui de-al treilea grup.

Drept urmare, Wilkins a scris clar și fără ambiguitate: „Am ajuns la concluzia că acest dispozitiv nu este capabil să funcționeze”. Acest iubitor de știință a dat în secolul al XVII-lea un exemplu demn de a depăși erorile și de a găsi adevărul.

Printre alte mașini hidraulice cu mișcare perpetuă, de remarcat este mașina iezuitului polonez Stanislav Solsky, care a folosit o găleată cu apă pentru a antrena rotorul. În punctul de sus, pompa a umplut găleata, a căzut, rotind roata, în punctul de jos s-a răsturnat și cea goală s-a ridicat; apoi procesul s-a repetat. Regelui Cazimir i-a plăcut foarte mult această mașină când Stanislav Solski a demonstrat-o la Varșovia (1661). Cu toate acestea, chiar și succesele seculare ale inventatorilor intitulați nu au putut ascunde faptul că mașinile hidraulice cu mișcare perpetuă ale sistemului „pompă-roată de apă” nu au funcționat în practică. Era nevoie de idei noi, cu ajutorul cărora să se poată ridica apa de la nivelul inferior spre cel superior fără costul muncii, fără a folosi o pompă mecanică. Și astfel de idei au apărut - atât pe baza unor fenomene deja cunoscute, cât și în legătură cu noile descoperiri fizice.

Prima idee de reținut este utilizarea unui sifon. Acest dispozitiv, cunoscut din cele mai vechi timpuri (este menționat de Heron din Alexandria), era folosit pentru a turna lichid dintr-un vas situat deasupra într-un altul situat dedesubt. Principiul funcționării sale este următorul: două vase situate la niveluri diferite sunt conectate printr-un tub format din două coturi, dintre care unul (superior) este mai mic decât celălalt (inferior). Avantajul acestui lucru dispozitiv simplu, care este încă folosit, este că puteți lua lichid din vasul superior de sus, fără a face o gaură în fundul sau peretele acestuia. Singura condiție pentru ca sifonul să funcționeze este să pre-umpleți complet tubul cu lichid. Deoarece există o diferență de nivel între vasul superior și cel inferior, lichidul va curge prin gravitație din vasul superior în cel inferior.

Apare întrebarea - cum poate fi folosit un sifon pentru a ridica apa dacă scopul său este opus - drenarea apei? Cu toate acestea, tocmai această idee paradoxală a fost prezentată în jurul anului 1600 și descrisă în cartea „Noul Teatru de Mașini și Structuri” (1607) de către arhitectul orașului Padova (Italia) Vittorio Zonca. A constat în îngroșarea cotului superior scurt al sifonului - mai mare în diametru (D >> d). În acest caz, credea Zonka, apa din cotul stâng, gros, în ciuda înălțimii sale mai mici, va depăși apa din cotul subțire, iar sifonul o va trage în direcția opusă - de la vasul inferior în cel superior. El a scris: „Forța care se exercită în genunchiul gros va trage pe ceea ce intră prin genunchiul mai îngust”. Mașina cu mișcare perpetuă a lui Zonka trebuia să funcționeze pe acest principiu. Sifonul ducea apa din rezervorul inferior într-o conductă îngustă; apa dintr-o țeavă largă a fost drenată într-un vas situat deasupra rezervorului, de unde a fost furnizată la roata de apă și drenată înapoi în rezervor. Roata a rotit piatra de moară printr-un arbore.

Această mașină originală, desigur, nu ar putea funcționa, deoarece conform legilor hidraulicei, direcția de mișcare a lichidului în sifon depinde numai de înălțimile coloanelor de lichid și nu depinde de diametrul acestora. Cu toate acestea, la vremea lui Zonka, practicanții nu aveau o idee clară despre acest lucru, deși problema presiunii într-un lichid a fost deja rezolvată în lucrările lui Stevin privind hidraulica. El a arătat (1586) „paradoxul hidrostatic” - presiunea unui lichid depinde numai de înălțimea coloanei sale, și nu de cantitatea sa. Această poziție a devenit cunoscută pe scară largă mai târziu, când experimente similare au fost realizate din nou și mai pe scară largă de Blaise Pascal (1623-1662), dar ele nu au fost înțelese de mulți ingineri și oameni de știință, care încă credeau că cu cât vasul era mai lat, cu atât presiunea era mai mare. lichidul pe care il contine. Uneori, chiar și oamenii care au lucrat în fruntea științei și tehnologiei contemporane au fost victimele unor astfel de concepții greșite. Un exemplu este Denis Papin (1647-1714) - inventatorul nu numai al „cazanului Papa” și al supapei de siguranță, ci și al pompei centrifuge și, cel mai important, al primelor mașini de pene cu cilindru și piston. Papin a stabilit chiar dependența presiunii aburului de temperatură și a arătat cum se obține vid și presiune crescută pe baza acestuia. A fost un student al lui Huygens, a corespondat cu Leibniz și alți oameni de știință importanți ai timpului său și a fost membru al Societății Regale Engleze și al Academiei de Științe din Napoli. Și o astfel de persoană, care este considerată pe bună dreptate un fizician important și unul dintre fondatorii ingineriei moderne a energiei termice, lucrează la o mașină cu mișcare perpetuă! Mai mult, el propune un astfel de perpetuum mobile, a cărui eroare a principiului era complet evidentă pentru știința contemporană. El publică acest proiect în revista Philosophical Transactions (Londra, 1685).

Ideea mașinii cu mișcare perpetuă a lui Papin este foarte simplă - este în esență un tub Zonka întors cu susul în jos. Un tub subțire iese dintr-un vas larg, al cărui capăt este situat deasupra vasului. Papin credea că, deoarece greutatea apei într-un vas larg este mai mare, forța sa ar trebui să depășească forța greutății unei coloane înguste într-un tub subțire, apa se va scurge constant de la capătul tubului subțire în vasul larg. Tot ce rămâne este să așezi roata cu apă sub râu și mașina cu mișcare perpetuă este gata!

Evident, acest lucru nu va funcționa de fapt; suprafata lichidului dintr-un tub subtire se va stabili la acelasi nivel ca in vas, ca in orice vase comunicante.

Soarta acestei idei a lui Papin a fost aceeași cu cea a altor versiuni de mașini hidraulice cu mișcare perpetuă. Autorul nu s-a întors niciodată la el, după ce a preluat o muncă mai utilă - o mașină cu abur.

Ulterior, multe alte mașini hidraulice cu mișcare perpetuă au fost propuse cu alte metode de ridicare a apei, în special prin capilară și fitil. Ei au propus ridicarea lichidului din vasul inferior în cel superior printr-un capilar umed. Într-adevăr, este posibil să ridicați un lichid la o anumită înălțime în acest fel, dar aceleași forțe de tensiune superficială care au cauzat creșterea nu vor permite lichidului să curgă din capilar în vasul superior.

Este posibil să se creeze o mașină cu mișcare perpetuă? Ce forță va funcționa în acest caz? Este chiar posibil să se creeze o sursă de energie care să nu folosească surse convenționale de energie? Aceste întrebări au fost relevante în orice moment.

Ce este o mașină cu mișcare perpetuă?

Înainte de a continua să discutăm despre cum să faci o mașină cu mișcare perpetuă cu propriile mâini, trebuie mai întâi să definim ce înseamnă acest termen. Deci, ce este o mașină cu mișcare perpetuă și de ce nimeni nu a reușit încă să facă acest miracol al tehnologiei?

De mii de ani, omul a încercat să inventeze o mașină cu mișcare perpetuă. Trebuie să fie un mecanism care ar folosi energie fără a folosi purtători de energie convenționali. În același timp, trebuie să producă mai multă energie decât consumă. Cu alte cuvinte, acestea trebuie să fie dispozitive energetice cu o eficiență mai mare de 100%.

Tipuri de mașini cu mișcare perpetuă

Toate mașinile cu mișcare perpetuă sunt împărțite în mod convențional în două grupuri: fizice și naturale. Primii sunt dispozitive mecanice, al doilea sunt dispozitive care sunt proiectate pe baza mecanicii cerești.

Cerințe pentru mașinile cu mișcare perpetuă

Deoarece astfel de dispozitive trebuie să funcționeze în mod constant, trebuie impuse cerințe speciale asupra lor:

păstrarea completă a mișcării;
rezistența ideală a pieselor;
având o rezistență excepțională la uzură.

Mașină cu mișcare perpetuă din punct de vedere științific

Ce spune știința despre asta? Ea nu neagă posibilitatea creării unui motor care să funcționeze pe principiul utilizării energiei câmpului gravitațional total. Este, de asemenea, energia vidului sau a eterului. Care ar trebui să fie principiul de funcționare al unui astfel de motor? Faptul este că trebuie să fie o mașină în care o forță acționează continuu, provocând mișcare fără participarea unei influențe externe.

Mașină gravitațională cu mișcare perpetuă

Întregul nostru Univers este plin uniform cu grupuri de stele numite galaxii. În același timp, se află într-un echilibru de putere reciproc, care tinde spre pace. Dacă reduceți densitatea oricărei părți a spațiului stelar, reducând cantitatea de materie pe care o conține, atunci întregul Univers va începe cu siguranță să se miște, încercând să egaleze densitatea medie la nivelul restului. Masele se vor repezi în cavitatea rarefiată, nivelând densitatea sistemului.

Pe măsură ce cantitatea de materie crește, mase se vor dispersa din regiunea luată în considerare. Dar într-o zi, densitatea generală va fi în continuare aceeași. Și nu contează dacă densitatea unei anumite regiuni va scădea sau crește, ceea ce este important este că corpurile vor începe să se miște, aducând densitatea medie la nivelul densității restului Universului.

Dacă dinamica expansiunii părții observabile a Universului încetinește cu o microfracție și se folosește energia din acest proces, vom obține efectul dorit de o sursă eternă de energie liberă. Și motorul alimentat de acesta va deveni etern, deoarece va fi imposibil să înregistrați consumul de energie în sine folosind concepte fizice. Un observator intra-sistem nu va putea înțelege legătura logică dintre dispersia unei părți din Univers și consumul de energie al unui anumit motor.

Imaginea va fi mai evidentă pentru un observator din exterior: prezența unei surse de energie, zona modificată de dinamică și consumul de energie al unui anumit dispozitiv în sine. Dar toate acestea sunt iluzorii și imateriale. Să încercăm să construim o mașină cu mișcare perpetuă cu propriile noastre mâini.

Mașină cu mișcare perpetuă magnetic-gravitațională

Puteți face o mașină magnetică cu mișcare perpetuă cu propriile mâini folosind un magnet permanent modern. Principiul de funcționare este de a muta alternativ sarcinile auxiliare și, de asemenea, în jurul magnetului principal al statorului. În acest caz, magneții interacționează cu câmpurile de forță, iar sarcinile fie se apropie de axa de rotație a motorului în zona de acțiune a unui pol, fie sunt respinse în zona de acțiune a celuilalt pol din centrul de rotație.

Motoarele de al doilea tip sunt mașini care reduc energia termică a unui rezervor și o transformă complet în lucru fără a schimba mediul. Utilizarea lor ar încălca a doua lege a termodinamicii.

Deși în ultimele secole au fost inventate mii de variante diferite ale dispozitivului în cauză, rămâne întrebarea cum să faci o mașină cu mișcare perpetuă. Și totuși trebuie să înțelegem că un astfel de mecanism trebuie să fie complet izolat de energia externă. Și mai departe. Orice lucrare eternă a oricărei structuri este efectuată atunci când această lucrare este îndreptată într-o singură direcție.

Acest lucru evită costul revenirii la poziția inițială. Și un ultim lucru. Nimic nu durează pentru totdeauna pe lumea asta. Și toate aceste așa-numite mașini cu mișcare perpetuă, care funcționează pe energia gravitației și pe energia apei și a aerului și pe energia magneților permanenți, nu vor funcționa constant. Totul se termină.

Imaginați-vă că dvs telefon mobil nu se descarcă niciodată, șoferii nu cunosc cuvântul „alimentare” și organe artificiale lucrează mai mult decât cele reale. Astăzi, chiar și copiii știu că trebuie să plătești pentru tot, iar la școală ei învață că nimic nu vine din nimic. Cu toate acestea, cu câteva sute de ani în urmă, oamenii de știință au susținut că pasagerii din tren ar muri cu siguranță din cauza sufocării în aer și că vacile ar pierde sarcina la vederea mașinilor. Vremurile se schimbă. Ce este eternitatea? Timpul de existență a Universului? Are energie mai mult decât suficientă. Este chiar imposibil să construiești un motor care să folosească rezervele ascunse ale universului, cu o perioadă de garanție „până la următorul Big Bang?”

Visul de neatins al oricărui inginer. Piatra filosofală a mecanicii. Un instrument al escrocilor inteligenți și un atribut al multor lucrări fantastice. Faceți cunoștință cu mașina cu mișcare perpetuă.

Imposibilul este posibil

Mișcarea perpetuă este posibilă. Cel puțin, nu contrazice mecanica cuantică și prima lege a lui Newton (un punct material menține o stare de repaus sau o mișcare uniformă până când influențele externe schimbă această stare). Nu cu mult timp în urmă, astronomii de la Universitatea din Minnesota au descoperit un „nimic mare” în spațiu – un spațiu gol lung de aproximativ un miliard de ani lumină. Dacă ne imaginăm că nu există interacțiuni în el, atunci o piatră aruncată acolo s-ar mișca cu o viteză constantă până la moartea Universului. Adică, practic pentru totdeauna.

Totuși, când vine vorba de o mașină cu mișcare perpetuă, de obicei ne referim la un sistem care produce mai multă energie decât consumă (pierzând-o din cauza frecării, rezistenței aerului etc.), datorită căruia poate fi folosit pentru orice nevoie casnică. Înainte de inventarea aburului sau acționări electrice singura sursă universală și mobilă de energie erau mușchii. Mecanismele cu arc și pendul erau potrivite doar pentru aplicarea unor forțe mici pentru o perioadă lungă de timp (ore). Cele mai puternice motoare staționare au fost morile de apă și de vânt.

Acest lucru a limitat foarte mult mecanica. De exemplu, în Evul Mediu nu era greu să construiești un ventilator de tavan sau o scară rulantă, dar cine putea să le conducă non-stop zile în șir? Este destul de logic că oamenii au visat la o sursă „liberă” de energie. Imaginația lor a fost limitată de tehnologiile din acea vreme, așa că, după standardele de astăzi, mașinile cu mișcare perpetuă din antichitate păreau înduioșătoare și primitive.

Patru motive pentru concepții greșite

Primul, cel mai simplu tip de mașină cu mișcare perpetuă se bazează pe anumite magic efecte. De exemplu, romanele lui Wells menționează materialul miraculos „cavorit” cu puternice proprietăți anti-gravitaționale. Dacă faci o roată, din care jumătate din cavorit, aceasta se va învârti cu o accelerație constantă. În lumile fantastice, o mașină cu mișcare perpetuă nu este solicitată, deoarece în loc să construiți un mecanism greoi, puteți oricând să aruncați o vrajă permanentă (curățarea camerei din „Ucenicul vrăjitorului” de la Disney sau o oală care gătește o cantitate nesfârșită de terci. în basmul lui Andersen).

Mașină cu mișcare perpetuă de al doilea tip - „ mecanism imposibil„- acționează cu încălcarea deliberată a legilor naturii și este de natură pur speculativă. Un bun exemplu al unui astfel de design paradoxal este moara de apă a artistului olandez Maurice Escher (1898-1972).

La al treilea - " subiectiv„Tipul de mașină cu mișcare perpetuă se referă la o unitate care funcționează atât de mult încât chiar și câteva vieți umane nu sunt suficiente pentru a-i respinge practic „eternitatea”. Sursa de energie aici este de obicei un fel de fenomene naturale „eterne”.

De exemplu, urmăriți „ Atmos» Compania elvețiană Jaeger-LeCoultre lucrează din fluctuațiile zilnice ale temperaturii aerului. Ele sunt umplute cu clorură de etil, care se extinde atunci când este încălzită și înfășoară izvorul. Pentru a minimiza frecarea, pendulul de torsiune face doar 1 rotație pe minut (de 150 de ori mai lent decât un ceas convențional). O diferență de 1 grad este suficientă pentru a menține ceasul să funcționeze două zile. Teoretic, acest ceas poate supraviețui mai multor proprietari. Dar, în practică, perioada de garanție pentru întreținerea diferitelor modele Atmos este de 20-30 de ani.

Tic-tac

La Universitatea din Otago (Dunedin, Noua Zeelandă) există un ceas mecanic construit de Arthur Beverley în 1864. Sunt activate de schimbări presiune atmosferică si temperaturile zilnice. Ceasul funcționează de 143 de ani. Acest experiment este considerat cel mai lung din lume, dar termenul „mașină subiectivă cu mișcare perpetuă” nu este aplicabil aici. Au fost oprite de mai multe ori pentru curățare, depanare și, de asemenea, în acele cazuri rare când temperatura medie zilnică și presiunea au fost stabile. Cel mai vechi ceas funcțional din lume este clopoțelul Catedralei din Salisbury (Marea Britanie), instalat în jurul anului 1386.

Următorul tip de dispozitiv care poate fi confundat cu o mașină cu mișcare perpetuă este complicat în mod deliberat mecanisme cu acțiune lungă care îndeplinesc o sarcină primitivă. Este dificil pentru o persoană obișnuită să înțeleagă scopul și principiile muncii sale.

În fața unei astfel de „mașini cu mișcare perpetuă”, puteți fi 99% sigur că „inventatorul” ei este necinstiţi. Complicațiile excesive de proiectare sunt necesare doar pentru a deruta observatorul și a ascunde sursa reală de mișcare (de obicei, un arc puternic ascuns în axa goală a unui angrenaj).

Tipuri suspecte

Fizicienii clasifică mașinile cu mișcare perpetuă în două tipuri.

Orice mașină care primește energie produce muncă și (sau) căldură echivalentă cu aceasta. Dacă există mai multă muncă sau căldură decât energie, avem de-a face cu o mașină cu mișcare perpetuă primul tip- cel mai popular printre inventatori. Să ne imaginăm că vreun geniu întunecat a pus o roată dezechilibrată pe un rulment miracol. Este suficient să-l împingeți o dată - și ar trebui să se învârtă, accelerând până se rupe în bucăți. Aceasta se numește „încălcarea legii conservării energiei”.

Motor al doilea tip transformă complet căldura ambientală în muncă, ignorând a doua lege a termodinamicii. Astăzi există sugestii că crearea unei aparente a unui astfel de dispozitiv este încă posibilă dacă vorbim despre transformarea nu doar a căldurii, ci și a energiei întunecate sau a materiei întunecate, din care este creată cea mai mare parte a Universului nostru.

Istorie eternă

Prima mașină cu mișcare perpetuă a fost inventată acum aproape 9 secole. matematician și astronom indian Bhaskara II a propus să atașeze la roată vase cu mercur, îndoite în așa fel încât în timpul rotației să curgă de la un capăt la celălalt al containerului. Conform planului său, roata s-ar învârti constant. Cel mai probabil, pentru om de știință a fost doar un simbol al ciclului etern al existenței (samsara, „flux”).

Bhaskara nu a considerat modelul său filozofic ca fiind o mașină cu mișcare perpetuă, dar cercetătorii arabi și europeni au luat această problemă absolut în serios. Roata dezechilibrată a devenit un clasic al „mașinii cu mișcare perpetuă”. În secolul al XIII-lea, un arhitect francez Villars de Honnecourt a folosit aceeași schemă, înlocuind mercurul cu ciocane. În practică, o astfel de roată va găsi un punct de echilibru și se va opri fără măcar să facă o revoluție completă.

Leonardo da Vinci a devenit interesat de ideea unei mașini cu mișcare perpetuă, a creat mai multe desene... și a anunțat că nici un astfel de dispozitiv nu va funcționa. El a criticat toate încercările inventatorilor de a crea o altă „roată magică”, dar ideea imposibilității fundamentale a unei mașini cu mișcare perpetuă a devenit o axiomă doar două sute de ani mai târziu - când, în 1775, Academia de Științe din Paris a încetat să accepte cereri de brevet pentru astfel de dispozitive. În același timp, Leonardo a lăsat desene ale unei mori de apă rotite de apa ridicată de aceasta, fără a le oferi comentarii critice. Nu se știe dacă a considerat posibilă o mașină cu mișcare perpetuă pe apă.

O, exploratori ai mișcării perpetue, câte planuri deșarte ați creat în astfel de căutări! Deveniți alchimiști mai buni!

Leonardo da Vinci

Fascinația pentru roțile dezechilibrate a făcut loc modei circuitelor închise: „dispozitivul A rotește dispozitivul B, care mișcă dispozitivul A”. Filosof, astrolog și alchimist Mark Anthony Zimara(1460-1523), nefamiliarizat cu moara de apă a lui da Vinci, a descris o moară de vânt în care suflau burdufuri uriașe, antrenate de rotația aceleiași moara de vant.

În 1610, inventatorul olandez Cornelius Drebbel a construit primul ceas mecanic cu bobinaj automat pe baza modificărilor presiunii atmosferice. Mașina, care era un glob de aur și arăta nu numai orele, ci și datele și anotimpurile, după standardele de atunci părea o adevărată „mașină de mișcare perpetuă”. Drebbel a câștigat faima ca magician și alchimist.

Este greu de spus cât de bine a fost executat (de exemplu, ceasul Atmos a fost dezvoltat de cei mai buni ingineri elvețieni de-a lungul mai multor decenii). Dar având în vedere că Drebbel era incredibil de talentat (a construit un microscop cu două lentile, un submarin pentru marina engleză, a inventat un incubator de pui cu un termostat care ajusta automat temperatura și a încercat să creeze și un aparat de aer condiționat), este rezonabil să să presupunem că ceasul lui ar putea funcționa fără avarii multe luni, dacă nu ani.

Alchimiștii au creat chimia modernă, iar designerii de mașini cu mișcare perpetuă au creat motoare obișnuite. În 1662, Edward Somerset, marchizul de Worcester (un teoretician remarcabil în domeniul mișcării perpetue) a decis să instaleze primul motor cu abur din lume din propria sa invenție pe turnul Castelului Raglan din Țara Galilor, care ridica apa prin conducte. Din păcate, banii erau strânși pentru el, iar investitorii nu au îndrăznit să investească într-un proiect atât de fantastic.

Sfârșitul eternității

Ultima, cea mai strălucitoare perioadă a construcției clasice a motoarelor cu mișcare perpetuă a avut loc la mijlocul secolului al XVIII-lea, și anume în viață. Johann Ernst Elias Bessler(1680-1745), care a inventat pseudonimul Orffyreus (criptograma Bessler)

A fost foarte un om ciudat- lăudăros, enervant, plictisitor, cu un caracter prost și obiceiuri paranoice. Conform dovezilor care au ajuns la noi, a lucrat ca ceasornicar. În 1712, Bessler a declarat că a stăpânit secretul mișcării perpetue. La început, a încercat să arate o roată non-stop cu o încărcătură mică locuitorilor din micul oraș german Gera, dar provincialii nu au fost impresionați de acest spectacol.

Bessler a început să călătorească prin țară, publicând tratate științifice și construind modele mai mari ale motorului său. Din anumite motive, nu a vrut să facă modele compacte, ci a proiectat roți din lemn cu un diametru de aproximativ 4 metri. Activitatea sa viguroasă a atras interesul oamenilor de știință. Au fost examinate cu atenție mostre demonstrative de mega-roți, dar nu au fost găsite semne de șarlamănie.

S-a decis să se efectueze un experiment la scară largă. La 12 noiembrie 1717, în prezența oficialităților guvernamentale, una dintre roțile rotative cu diametrul de 3,5 metri a fost amplasată într-o încăpere a Castelului Weißenstein, iar toate ferestrele și ușile erau bine încuiate. Două săptămâni mai târziu, camera a fost deschisă. Roata încă se învârtea. Apoi camera a fost sigilată până la 4 ianuarie 1718. Un an mai târziu, oamenii au intrat în cameră și au văzut că roata continua să se rotească cu aceeași frecvență.

Asta era deja interesant. Societatea Regală din Londra a vrut să cumpere invenția. Bessler a cerut imediat douăzeci de mii de lire (bani uriași la acea vreme). Au decis să verifice din nou roata, dar Bessler s-a înfuriat brusc și i-a spart creația - se presupune că, pentru ca alți oameni de știință să nu-i poată fura ideile.

Inventatorul a continuat să călătorească prin țară, demonstrând diverse modele roți: se rotesc doar într-un sens și se opresc doar cu un efort foarte mare, precum și se rotesc în orice direcție și se oprește fără nicio dificultate. În 1727, slujnica lui Bessler a declarat că mecanismele sale au fost puse în mișcare de un bărbat într-o altă cameră. Nu a fost niciodată posibil să se verifice aceste citiri, dar reputația inginerului a fost deteriorată pentru totdeauna. Bessler a murit după ce a căzut dintr-o moară de vânt pe care o construia. A lăsat în urmă note codificate de neînțeles și și-a forțat descendenții să se întrebe – a fost un nebun, un geniu excentric sau un magician strălucit?

Să fie lumină

Isaac Asimov nu a aprobat ideea de a crea energie din nimic. El credea că omenirea se va dezvolta prin „arderea” stelelor. Acest lucru nu poate dura pentru totdeauna, dar scriitorul a ieșit din situație cu eleganța sa obișnuită: în povestea „Ultima întrebare”, doi tehnicieni beți au pus unui supercomputer o întrebare despre cum să inverseze entropia și să prelungească viața Universului (obținând astfel energie infinită). Supercomputerul a gândit trilioane de ani, în continuă evoluție, iar la sfârșitul lumii, după moartea prin căldură a Universului, a găsit răspunsul și a spus: „Să fie lumină”. Acest lucru poate fi înțeles astfel: energia este eternă, dar nu poate fi folosită pentru totdeauna. Mai devreme sau mai târziu, totul va trebui să înceapă de la capăt.

Văzând clona creației sale în acțiune, Charles a intrat în panică și a fugit la New York, unde a fost demascat de celebrul inventator Robert Fulton. Acesta din urmă a observat că mașina funcționează intermitent și a găsit o transmisie cu curea care ducea din ea în camera alăturată, cu un bărbat care învârtea maneta.

Un alt american - John Kiely(1827-1898) - a afirmat că energia poate fi extrasă din eter datorită vibrațiilor unui diapazon. A fost acuzat de fraudă și chiar vrăjitorie, dar șmecherul a reușit să păcălească investitorii timp de 27 de ani, fraudându-i cu bani pentru a construi un model industrial al motorului. Abia după ce Keely a căzut sub un tramvai a devenit clar că modelele lui lucrau aer comprimat. Escrocul a încălcat multe legi - dar nu și termodinamica.

De-a lungul secolelor al XIX-lea și al XX-lea, astfel de dispozitive au continuat să-și hrănească „inventatorii” și lucrătorii în presa galbenă - cu singura diferență că termenii „fluide cosmice” și „eter omniprezent” au fost înlocuiți cu „termonuclear rece” sau „ fizică alternativă”. Uneori s-a terminat nu doar prost, ci foarte prost - de exemplu, în 1966, un maghiar american Joseph Papp(creatorul autoproclamat al submarinului cu reacție) a testat un motor care funcționează pe un amestec de gaze inerte. Explozia a ucis o persoană și a rănit două.

Dar nu toate astfel de cazuri au fost de natură penală. Un om de știință destul de serios Thomas Henry Moray(1892-1974) a demonstrat în mod repetat tuturor funcționarea unui dispozitiv care colecta „energie radiantă dintr-un vid” și o transforma în electricitate.

Mașina a funcționat câteva zile la rând. Experții l-au studiat în sus și în jos, dar nimeni nu a putut găsi sursa de energie. Industriașii au vrut să-l cumpere, Moray a refuzat, iar singura copie funcțională a fost distrusă. Omul de știință s-a plâns ulterior că a fost împușcat de mai multe ori, familia sa a fost amenințată, iar laboratoarele sale au fost periodic percheziționate. Secretul dispozitivului care colecta energie cosmică (oricare ar fi fost), inventatorul l-a luat cu el în mormânt.

Este foarte greu de trasat granița dintre geniu și nebunie. Un alt fizician - bulgar Stefan Marinov a declarat că a vizitat comuna sectei creștine „Meternita” (Linden, Elveția), ai cărei membri au primit „inspirație de sus” și au construit un generator de energie electrică nesfârșită numit „Testatika”. Funcționează de mulți ani, acoperind nevoile energetice ale întregii comunități. La scurt timp după această dezvăluire, Marinov a sărit de pe scările din biblioteca Universității din Graz.

Fanii teoriilor conspirației își amintesc adesea Stanley Meyer, care a fost judecat pentru că a încercat să vândă un motor care mergea pe apă. Potrivit schemerului, impulsurile electrice slabe de o frecvență specială descompun apa în hidrogen și oxigen, care sunt apoi folosite în loc de vapori de benzină, iar puterea unui generator de mașină este suficientă pentru a continua descompunerea apei. După ce a făcut avere din această înșelătorie, Stanley a murit brusc într-un restaurant în 1998. Oameni cu cunoştinţe Nu există nicio îndoială că a fost otrăvit de magnații petrolului și agenți guvernamentali.

* * *

Nimic nu durează pentru totdeauna, nici măcar motoarele. Nobilii nebuni ai lumii antice au conceput dispozitive pe care nu le înțelegeau și s-au convins că mașinile lor vor dura pentru totdeauna. Au fost înlocuiți de șmecheri care au dat dovadă de miracole ale ingeniozității doar în domeniul ascunderii surselor reale de energie ale motoarelor lor. Geniile nerecunoscute de astăzi se străduiesc să fie „mai aproape de oameni” oferind cea mai populară resursă - o cantitate nesfârșită de electricitate. Între timp, în timp ce își ajustează fin generatoarele, puteți cumpăra un videoclip de pe site-ul lor pentru câțiva dolari care arată un model de testare în acțiune. Odinioară era mai ieftin - costa doar câteva monede de cupru să vezi o roată învârtindu-se într-un hambar.

Majoritatea încercărilor sincere de a inventa o mașină cu mișcare perpetuă provin de la oameni fără prea multe cunoștințe de fizică, dar cu „mâini de aur” și care suferă de „mâncărime creativă”. Interesant este că aproximativ o treime dintre ei sunt pensionari. În marea majoritate a cazurilor, proiectele lor se bazează pe idei vechi de secole, iar autorii nu se limitează la o singură „invenție”. Perspicacitatea le vine aproape în fiecare zi, așa că desenele revoluționare ajung la biroul de brevete nu în unități, ci în kilograme.

Într-un fel, mașina cu mișcare perpetuă există într-adevăr sub forma căutării sale eterne și funcționează într-un ciclu închis: ceea ce naturaliștii medievali au ars se arată acum din nou pe bancurile de testare. Dar poate că acest lucru este cel mai bun, pentru că odată ce o pompă de abur a fost inventată în acest fel, iar Arhimede, înainte de a striga „Eureka!”, tocmai urma să se spele.