Príslušenstvo

Perpetum mobile vo vode. Perpetum mobile machine. Čo je to perpetum mobile

Medzi mnohými projektmi „večného pohybu“ bolo veľa takých, ktoré boli založené na plávaní tiel vo vode. Vysoká veža vysoká 20 m je naplnená vodou. V hornej a dolnej časti veže sú kladky, cez ktoré je prehodené silné lano v podobe nekonečného pásu. Na lane je pripevnených 14 dutých kubických boxov vysokých jeden meter, znitovaných zo železných plechov, aby voda nemohla preniknúť dovnútra boxov. Naše dva výkresy zobrazujú vzhľad takejto veže a jej pozdĺžny rez.

Projekt imaginárneho „večného“ vodného motora.

Štruktúra veže z predchádzajúceho obrázku.

Ako táto inštalácia funguje? Každý, kto pozná Archimedov zákon, si uvedomí, že krabice, keď sú vo vode, majú tendenciu vznášať sa. Nahor ich unáša sila rovnajúca sa hmotnosti vody vytlačenej škatuľami, t.j. hmotnosti jedného meter kubický vody, opakuje sa toľkokrát, koľko je škatúľ ponorených do vody. Z obrázkov je vidieť, že vo vode je vždy šesť krabičiek. To znamená, že sila, ktorá nesie ponorené boxy nahor, sa rovná hmotnosti 6 m 3 vody, teda 6 tonám. Sťahuje ich vlastná hmotnosť boxov, ktorá je však vyvážená nákladom šiestich boxov voľne visiacich na vonku lano.

Takže lano hodené týmto spôsobom bude vždy vystavené ťahu 6 ton aplikovanému na jednu stranu a smerovanému nahor. Je zrejmé, že táto sila prinúti lano sa nepretržite otáčať, posúvať sa po kladkách a pri každej otáčke vykonať prácu 6000 * 20 = 120 000 kgm.

Teraz je jasné, že ak krajinu posiame takýmito vežami, budeme od nich môcť prijímať neobmedzené množstvo práce, postačujúcej na pokrytie všetkých potrieb národného hospodárstva. Veže budú otáčať armatúry dynama a dodávať elektrickú energiu v akomkoľvek množstve.

Ak sa však na tento projekt pozriete pozorne, ľahko zistíte, že k očakávanému pohybu lana by vôbec nemalo dôjsť.

Aby sa nekonečné lano mohlo otáčať, musia krabice vstúpiť do vodného bazéna veže zdola a opustiť ho zhora. Ale pri vstupe do bazéna musí box prekonať tlak stĺpca vody vysokého 20 m! Toto je tlak na meter štvorcový Plocha boxu nie je väčšia ani menšia ako dvadsať ton (hmotnosť 20 m 3 vody). Ťah smerom nahor je iba 6 ton, to znamená, že je jednoznačne nedostatočný na vtiahnutie boxu do bazéna.

Medzi mnohými príkladmi vodných „večných“ motorov, z ktorých stovky vynašli neúspešní vynálezcovia, nájdete veľmi jednoduché a vtipné možnosti.

Pozrite sa na obrázok. Časť dreveného bubna namontovaného na osi je neustále ponorená do vody. Ak platí Archimedov zákon, potom by sa časť ponorená do vody mala vznášať hore a pokiaľ je vztlaková sila väčšia ako trecia sila na osi bubna, rotácia sa nikdy nezastaví...

Ďalší projekt „večného“ vodného motora.

Neponáhľajte sa s vytvorením tohto „večného“ motora! Určite zlyháte: bubon sa nepohne. Čo sa deje, aká je chyba v našom uvažovaní? Ukazuje sa, že sme nebrali do úvahy smer pôsobiacich síl. A budú vždy smerované kolmo na povrch bubna, to znamená pozdĺž polomeru k osi. Z každodennej skúsenosti každý vie, že nie je možné prinútiť koleso otáčať pôsobením sily pozdĺž polomeru kolesa. Aby sa vyvolalo otáčanie, musí sa pôsobiť sila kolmo na polomer, t.j. tangenciálna k obvodu kolesa. Teraz nie je ťažké pochopiť, prečo sa v tomto prípade pokus o implementáciu „večného“ pohybu skončí neúspechom.

| výška diskusie o večnom pohybe. | Kontroverzia okolo perpetuum mobile.

Hydraulické stroje na večný pohyb.

Jeden z nepísaných životných zákonov hovorí, že autori najdôležitejších objavov a vynálezov často zostávajú neznámi – čas berie mená týchto ľudí skôr, než si ostatní stihnú všimnúť ich úspechy. Už tisíce rokov sa točia lopatky vodného kolesa - najpozoruhodnejšieho stroja dávnej minulosti, stroja, ktorý sprevádza vývoj civilizácie od samého začiatku jej vzniku až po súčasnosť. Tisíce mlynov, píl a čerpadiel boli poháňané týmto motorom, ktorý bol spolu so svalovou silou ľudí a zvierat po stáročia jediným skutočným zdrojom ich hnacej sily. Pravda, vodné koleso malo napriek svojej jednoduchosti aj značnú nevýhodu – potrebovalo dostatočné množstvo tečúcej vody bez ohľadu na ročné obdobie. Preto bola myšlienka prevádzkovania vodného kolesa v uzavretom cykle veľmi populárna, čím by bolo nezávislé od meniacich sa vodných tokov a tým sa zabezpečilo jeho širšie využitie. Slabinou tejto myšlienky bolo, že nebolo jasné, ako dopraviť vodu späť do podnosu, ktorý napája lopatky vodného kolesa.

Na obrázkoch 37 , 38 , 39 sú prezentované staroveké rytiny z roku 1661, ktoré zobrazujú takzvané suché vodné mlyny. Takéto mlyny sa rozšírili koncom 17. storočia, ich vznik sa často spája s týmto názvom Heine, kováčsky majster z Lemsaly. Heineho vodné mlyny upútali pozornosť grófa Mellina, ktorý zostavil podrobný prehľad týchto zariadení - “ Ilustrovaný popis takzvaného suchého vodného mlyna v meste Lemsale v Livónsku", Vydaný v " Obchodné noviny“ v roku 1796. S podobnými kresbami a kresbami sa stretávame v Kaspar Schott, Atanasia Kirchera, Jacobo de Strada a ďalšie. Autori všetkých týchto projektov čerpali z Böcklernovej knihy „ Nové divadlo strojov“, vydaný v Norimbergu v roku 1661, použil tzv koklea(vodná špirála), alebo Archimedova skrutka. Najviac zaujímavé prvky, znázornená na týchto obrázkoch, je vrtuľová (lopatková) turbína, ktorá postupne nahradila obvyklé vodné koleso. Konštrukcia perpetum mobile, ktorú navrhol de Strada v roku 1629, ktorý využíval vodné koleso s horným prívodom vody (od r. vzhľad bolo to podobné ako stroje s perpetuálnym pohybom prezentované v Becklernových knihách), určené na pohon brúsnych kotúčov.

Obrázok 37 Obrázok 38

Obrázok 39

Schémy suchých vodných mlynov, vytvorené na princípe hydraulického perpetuum mobile, neboli nikdy uvedené do praxe. Svedčí o tom množstvo projektov, ktoré sa od seba líšia len niektorými dizajnovými detailmi. V snahe zvýšiť množstvo vody dodávanej do horného zásobníka kolies sa autori takýchto projektov často uchýlili ku kombinácii dvoch alebo viacerých Archimedových skrutiek. obrázok 39. Anglický biskup pracoval aj na hydraulickom perpetuum mobile s Archimedovou skrutkou. John Wilkins, ktorý to podrobne opísal vo svojej eseji “ Matematická mágia“, vydaný v roku 1648. Ďalší projekt hydraulického perpetum mobile, ktorého nákres je na Kreslenie 40 , je kríženec trojstupňového vodného kolesa a turbíny v trojitej kaskáde, sediacej na spoločnom šikmom hriadeli. Vo vnútri tohto hriadeľa bola Archimedova skrutka, ktorá zdvíhala vodu zo spodnej nádrže na lopatky najvrchnejšieho kolesa. Aby sme objasnili nekonzistentnosť týchto projektov, stručne analyzujme fungovanie vodného kolesa a urobme približné hodnotenie jeho energetickej bilancie. Zoberme si najprv vodné koleso s horným podávaním, jediný hydromotor, ktorý priamo využíva potenciálnu energiu padajúcej vody. Voda v hornom podnose totiž padá do vedier obežného kolesa a svojou hmotnosťou ich núti pohybovať sa dole, až kým sa koleso neotočí približne o pol otáčky a voda sa vyleje do výstupného kanála. Priemer vodných kolies sa zvyčajne volil približne rovnaký ako výška použitého rozdielu hladín. V dôsledku toho v prípade výrazných rozdielov stratilo vodné koleso množstvo svojich výhod, pretože sa stalo príliš veľkým a ťažkým. Výkon vyvíjaný kolesami vodných mlynov a píl sa zvyčajne pohyboval od 3,5 do 11 kW so spádom 3 až 12 m a druhým prietokom vody rádovo 0,1 až 0,8 m3. V tomto prípade bolo koleso vždy umiestnené striktne nad hladinou vody vo výtokovom kanáli, takže pri zvýšení hladiny v ňom spodný okraj kolesa neskončil vo vode. Práve táto okolnosť neumožňovala naplno využiť všetku potenciálnu energiu vody, ktorá bola určená teoreticky iba rozdielom výšok hornej a dolnej hladiny. Celková strata aj u starostlivo vyrobeného vodného kolesa s horným prívodom vody dosahovala približne 20%, takže účinnosť takéhoto kolesa nikdy neprekročila 80%.Tento údaj však nezahŕňa energetické straty v prevodovom mechanizme, ktorý je potrebný prvok každý motor. Po spočítaní všetkých strát a pasívnych odporov samotného kolesa a prevodových článkov teda účinnosť celého zariadenia klesne na 50-60%; účinnosť kolies s prívodom vody na strednej a nižšej úrovni je ešte nižšia. V prípade použitia vodného kolesa ako hnacieho prvku perpetuum mobile muselo ním poháňané čerpacie zariadenie dopraviť do hornej vaničky presne také množstvo vody, ktoré v rovnakom momente vytieklo na lopatky kolesa. sám. Aj keď neberieme do úvahy straty v prečerpávacom čerpadle, výkon spotrebovaný čerpadlom musí presne zodpovedať potenciálnej energii vody, ktorá je určená spomínaným rozdielom medzi hornou a dolnou hladinou a ktorá, ako už bolo spomenuté vyššie, žiadne vodné koleso nemôže plne využiť. Táto okolnosť sama o sebe dokazuje, prečo nemôže existovať mlyn na suchú vodu s uzavretým kolobehom vody.

Obrázok 40

K podobnému záveru dospel už v roku 1724 Jacob Leupold, ktorý túto problematiku podrobne rozobral vo svojej knihe „ Univerzálne divadlo strojov“, uverejnené v Lipsku; Svoj negatívny názor na takéto zariadenia vyjadril slovami: „Jedna libra (t. j. záťaž) dokáže udržať ďalšiu libru v rovnováhe, ale nikdy ju nedokáže uviesť do pohybu.

Obrázok 41

Kreslenie 41 prevzatý z rukopisu obsahujúceho popis dvoch zvláštnych strojov navrhnutých v roku 1788 florentským opátom Vincent Olmi. Hnacie koleso tu znázorneného hydraulického perpetuum mobile má lopatky v tvare lyžice, trochu pripomínajúce tvar lopatiek modernej turbíny. Pelton(lopatková turbína). Prívod vody sa vykonáva pomocou zužujúceho sa žľabu nasmerovaného na konkrétnu čepeľ v spodnej časti kolesa, ktorá sa otáča vo vertikálnej rovine; čím sa využíva potenciálna aj kinetická energia vody. Zaujímavé je, že toto technické riešenie je veľmi podobné dýzovému aparátu Peltonovej turbíny. Olmi sám tvrdil, že jeho perpetuum mobile je schopné čerpať veľké objemy vody a zároveň je touto vodou sám poháňaný. Namiesto Archimedovej skrutky sa na čerpanie vody zo spodnej nádrže do zbernej nádrže výstupnej dýzy používajú dve lopatkové čerpadlá. Sám Olmi zrejme o bezchybnosti svojho projektu absolútne nepochyboval, čomu v podstate nemožno uprieť istú dávku originality, keďže na ďalších stranách rukopisu uvádza aj detailné kresby jeho jednotlivých častí. Okrem Perpetuum Mobile sa Olmi podieľal na vývoji a dizajne ďalších zaujímavých strojov. Napríklad v tej istej eseji opisuje a uvádza nákresy zariadenia na zdvíhanie a prepravu ťažkých predmetov na horských svahoch, ako aj rôznych pomocných zariadení určených na vojenské účely.

Obrázok 42

Na starom Kreslenie 42 z Paríža" Journal of Scientists“, ktorý sa datuje do roku 1678, ukazuje ďalší perpetuum mobile – hydraulické perpetuum mobile Stanislav Solský, ktorú predviedol na dvore poľského kráľa v rokoch 1609-1610. Princíp jeho fungovania bol podľa autora nasledovný. Hlavnými časťami tohto perpetum mobile boli vodné čerpadlo a mm koleso. Keď sa záťaž V znižuje, vaňa P postupne stúpa nahor. Súčasne sa zdvihne ventil v čerpadle a voda začne prúdiť do nádoby abcd. Výstupným kanálom n vstupuje do kruhovej nádrže g, otvára ventil v nej a nalieva cez kohútik r do vane P. Výsledkom je, že vaňa P začne klesať pod váhou vody, ale v určitom bode sa pomocou natiahnutého lana t pripevneného na jednej strane nakloní a vyprázdni. Prázdna vaňa P sa opäť zdvihne, záťaž V začne opäť klesať a celý postup sa opakuje znova. V tomto prípade by koleso mm malo vykonávať iba oscilačné pohyby.

Obrázok 43

Nasledujúce dva perpetuum mobile, popísané nižšie, mali fungovať v súlade s Archimedovým zákonom o zdvíhacej sile v kvapalinách. Hlavná časť prvý z nich, ako je zrejmé zKreslenie 43 , je bubon otáčajúci sa okolo horizontálnej osi s tesne uzavretými koncami. Vo vnútri bubna boli dve navzájom kolmé pretínajúce sa tyče, na ktorých boli namontované veľké korkové gule. Na vonkajších koncoch týchto tyčí, prechádzajúcich cez bočný povrch bubna cez vodotesné vstupy, boli zosilnené kovové závažia. V tomto prípade museli korkové plaváky vychýliť tyče do príslušného smeru, čím by sa zabezpečila potrebná nerovnováha síl, čím sa bubon otáčal nepretržite a rovnomerne.

Obrázok 44

Oveľa zložitejší typ hydraulického perpetuum mobile je predstavený v Kreslenie 44 . V nádrži s kvapalinou je ponorený rotor, z ktorého vybieha 6 rúrkových ramien s bublinami na koncoch. Samotné páky sú namontované v špeciálnej klietke, ktorá sa otáča na dutom hriadeli. Keď sa rotor otáča cez štrbinu v hriadeli, vzduch z dutiny hriadeľa postupne vstupuje do pákových rúrok. Vytváranie pretlaku a čerpanie vzduchu sa uskutočňuje pomocou špeciálneho mechu umiestneného pod nádržou a poháňaného priamo z kľuky na hriadeli rotora.Vypúšťanie vzduchu z bublín zabezpečuje špeciálna vačka, označená na obrázku s čierny kruh, umiestnený nad hladinou kvapaliny v nádrži. Na uzavretie ventilu v trubici zostáva pod hladinou kvapaliny ďalšia vačka. Princíp fungovania tohto stroja na večný pohyb je celkom zrejmý z nákresu.

Obrázok 45

Hydraulické perpetuum mobile zobrazené v Kreslenie 45 . Časť dreveného bubna ponorená do vody podľa Archimedovho zákona podlieha vztlakovej sile. Autor tohto projektu vychádzal z predpokladu, že ak sa ukáže, že táto vztlaková sila je väčšia ako trecia sila v osi bubna, potom sa bubon bude nepretržite otáčať v smere označenom šípkou na obrázku. V skutočnosti nedôjde k žiadnemu pohybu, pretože Archimedova sila nebude smerovať nahor, ale kolmo na povrch bubna. V skutočnosti, ak rozdelíme zakrivený povrch bubna na základné malé ploché časti a predstavíme si, že každá z týchto častí je vystavená elementárnej vztlakovej sile smerujúcej do stredu otáčania kolesa, potom výsledná sila, ktorá je súčtom elementárne sily, budú smerovať aj k osi kolesa. Je jasné, že sila pôsobiaca v radiálnom smere nebude schopná spôsobiť žiadny rotačný pohyb kolesa.

Obrázok 46

Hydraulický stroj na večný pohyb zobrazený na Kreslenie 46 . Jeho hlavnou časťou je rovnoramenné vahadlo s dvoma odklopnými nádržami na koncoch. V hornej polohe jedna z nádrží automaticky otvorí otvor v spodnej časti hornej nádrže a naplní sa vodou, ktorá z nej vyteká. Pod váhou nádrže naplnenej vodou sa vahadlo začne spúšťať, až kým sa nádrž nedotkne hladiny vody v spodnej nádrži. V tomto prípade špeciálny pevný čap otvorí ventil v samotnej nádrži a vypustí z nej vodu do spodnej nádrže. V tom istom momente začína podobný pracovný cyklus pre zásobník na opačnom konci vahadla. Autor zamýšľal zabezpečiť čerpanie vody späť do hornej nádrže dvoma piestovými čerpadlami poháňanými samotným vahadlom.

Špeciálnu skupinu hydraulických perpetuum mobile tvorili zariadenia, ktoré využívali známe zákony kapilárneho vzlínania kvapalín. Pomerne často sa stretávame s popisom perpetum mobile, v ktorom voda alebo olej stúpa cez kapiláry knôtovej tkaniny do nádoby umiestnenej vyššie, potom pozdĺž ďalšieho knôtu stúpa pracovná tekutina ešte vyššie atď., až nakoniec dosiahne najvrchnejšia nádoba, odkiaľ je privádzaná cez sklz k lopatkám vodného kolesa. Koleso sa otáča, kvapalina steká do spodnej nádoby a celý proces kapilárneho stúpania sa opakuje nanovo. Ak by sme takéto zariadenie skutočne vyrobili, ukázalo by sa, že lopatkové koleso tohto stroja by sa nikdy neotáčalo, keďže v hornej nádobe by nebola ani kvapka vody. Faktom je, že aj keď kapilárne sily umožňujú prekonať silu gravitácie, zdvíhajú kvapalinu v knôtovej tkanine, zároveň ju držia v póroch tkaniny, čím bránia jej vytekaniu z nich. Ak však pripustíme, že pôsobením kapilárnych síl môže kvapalina stále vnikať do hornej nádoby, musíme súčasne vziať do úvahy skutočnosť, že môže tiež stekať knôtom späť do spodnej nádoby.

Obrázok 47

V literatúre sa veľmi často spomína ďalší pokus o vytvorenie perpetum mobile s využitím kapilárnych vlastností kvapalín – perpetum mobileWilliam Congreve, podrobne popísané Johann von Poppe vo svojej knihe" Perpetuum mobile a umenie manažmentu“, publikované v Tübingene v roku 1832. Z mechanického hľadiska bol návrh Congreveho experimentálneho stroja veľmi jednoduchý, ako je vidieť z Kreslenie 47 . Pozostával z nekonečného uzavretého pásu z pórovitého materiálu, namontovaného na troch valčekoch, s reťazou závaží pripevnenou pozdĺž jeho vonkajšieho obrysu. Autor predpokladal, že jeho stroj bude fungovať nasledovne. Keď je celý systém ponorený do vody tak, že oba spodné valce sú pod hladinou vody, ponorená časť pásu sa nasýti vodou. Zároveň v dôsledku kapilárnych síl bude voda stúpať do určitej výšky pozdĺž prednej, vertikálnej časti pásky. Závažia na naklonenej časti pásu vytlačia vodu, ktorá bola absorbovaná do pórov materiálu, kým bola táto časť pásu pod vodou. Pri vytláčaní vody zo šikmej časti pásu sa naruší rovnováha síl určená hmotnosťou vody na zvislých a šikmých častiach pásu. Pretože vertikálna časť pásky, ktorá nie je stlačená váhami, zadrží vodu absorbovanú do pórov a tým bude ťažšia presne o váhu vody, ktorá sa v nej zdvihla v dôsledku kapilárnych síl. Ak teda v súlade s vyššie uvedeným zdôvodnením voda na zvislej časti pásu stúpne o 1 palec (2,54 cm), potom pás široký a hrubý 1 stopu bude mať ťažnú silu v dôsledku nasýtenia vodou, ktorá sa rovná približne 30 libier (133,4 N ). Ak sa páska začne pohybovať, o čom Congreve absolútne nepochyboval, potom sa povrch vody v miestach kontaktu s páskou mierne ohne, v dôsledku čoho bude výška stúpania vody v dôsledku kapilárnych síl o niečo väčší. Autor veril, že pri výške kapilárneho vzostupu asi 5 palcov dosiahne hnacia sila 150 libier (667 N) a pri výške 9 palcov a rýchlosti pásu 13,7 m/min sa táto sila zvýši na 180 libier. (801 N). V tomto prípade by už Congreveho stroj svojím výkonom výrazne prevyšoval ľudské možnosti. Napriek ich utopickým predstavám o zväčšení veľkosti takéhoto stroja, podľa „ London Crafts Magazine“ na máj 1827 sa autorovi podarilo vyvinúť perpetuum mobile obrovskej veľkosti s užitočným výkonom 58,7 kW.

Obrázok 48

Niekde okolo roku 1640 A. Martin slávny" hydraulické hodiny“, vyobrazené na Kreslenie 48 . Samohybný mechanizmus tohto zariadenia bol určený na otáčanie ručičiek na ciferníku hodiniek. Voda v hermeticky uzavretej nádobe musela pod pôsobením kapilárnych síl stúpať hore cez dlhú, úzku trubicu, ktorá sa navrchu zakrivená, a vytekať z nej na lopatky vodného kolesa. Už pri prvom pohľade na schému “ večný„Martinov chronometrický prístroj ukazuje, že jeho tvorca mal tiež trochu prehnanú predstavu o schopnostiach kapilárnych síl. Faktom je, že fenomén vzlínavosti je založený na rozdiele veľkosti medzimolekulových síl medzi jednotlivými časticami kvapaliny a silách interakcie medzi týmito časticami a pevnou stenou trubice. Je to výslednica týchto dvoch síl, ktorá určuje, čo bude v kapiláre pozorované: zvýšenie alebo zníženie hladiny kvapaliny, t.j. takzvaný kapilárny vzostup alebo kapilárna depresia. Tento jav je však obmedzený na určité hranice. Vynálezca si zrejme ani nepredstavoval, že voda v úzkej trubici stúpa len do takej výšky, pri ktorej hydrostatický tlak zvýšeného vodného stĺpca nepresiahne hodnotu kapilárnych adhéznych síl. Takže v sklenenej trubici s vnútorným priemerom 1 mm stúpne voda napríklad o 30, alkohol o 12 a éter o 10 mm.

Autori mechanických a hydraulických projektov perpetuum mobile vždy ťažko riešili otázku dodania nákladu alebo kvapaliny späť do pôvodnej polohy, ktorá by zabezpečila kontinuitu pracovného cyklu ich strojov. Na všetkých týchto príkladoch sme sa zároveň mohli presvedčiť, že cesty, ktorými sa mnohí z nich vydali, sa ukázali ako veľmi kľukaté a už od začiatku im nesľubovali veľa úspechov. Väčšina ich experimentov bola ako blúdenie v začarovanom kruhu, kde niektorí vynálezcovia opakovali chyby iných v nádeji, že budú úspešnejší.

Giambattista Porta , slávny vedec, experimentátor a vynálezca“ magický lampáš“, študujúc štruktúru sifónu, ktorú navrhol Hrdina Alexandrie , prišiel s nápadom nového perpetuum mobile, ktorý mal v úmysle použiť na čerpanie vody. Medzitým jeho plány podnietili architektaVittorio Zoncu zapojiť sa do priameho vývoja projektu takéhoto „sifónového“ perpetuum mobile. Nevysvetliteľné správanie kvapalín v sifóne (napríklad skutočnosť, že voda sama stúpa jednou rúrkou sifónu, preteká ohybom a cez druhú rúru preteká do nižšie umiestnenej nádoby) viedlo k vzniku nového konceptu - tzv. - nazývaný strach z prázdnoty ( hororové vákuum). Sám veľký Galileo tvrdil, že príroda sa skutočne bojí prázdnoty. Podľa jeho názoru je to túžba zabrániť vzniku bezvzduchového priestoru, ktorý spôsobuje stúpanie a klesanie vody v sifónových rúrach. Svojho času venoval časť svojich filozofických úvah rozboru pojmu vákua. Aristoteles. Tvrdil teda, že vákuum sa v prírode nikdy nemôže objaviť, pretože na rýchly pohyb je vždy potrebný vzduch, ktorý sa najskôr rozdelí pred telo a potom sa za ním opäť uzavrie. Z Aristotelovho učenia, ktoré s vďakou prijali konzervatívne školské kruhy, sa postupne vyvinula stredoveká teória „ strach prírody z prázdneho priestoru", ktorý poslúžil ako základ pre mnohé fantastické pokusy o využitie tohto " strach"pre svoje vlastné účely.

Je známe, že práca vynaložená na zdvíhanie kvapaliny v sifóne je spôsobená tlakom vzduchu spôsobeným rozdielom hladín kvapaliny v nádobách, ktoré spájajú obe nohy sifónu. Zároveň, aby kvapalina prúdila cez sifón, maximálna výška jeho ohybu by nemala presiahnuť výšku stĺpca kvapaliny vyváženého tlakom vonkajší vzduch. Napríklad pre ortuť je táto výška pri normálnom barometrickom tlaku 76 cm a pre vodu - asi 10 m. Giambattista Porta to samozrejme vtedy nemohol vedieť - napokon si bol istý, že pomocou svojho „ večný Sifón bude schopný čerpať vodu aj cez vysoké hory.

Obrázok 49

Ako sme už spomenuli, prenos tejto myšlienky do vývoja perpetuum mobile ako prvý uskutočnil mestský architekt z Padovy Vittorio Zonca. Pravda, na rozdiel od Porte vôbec nemal v úmysle postaviť obrie sifóny na čerpanie vody cez horské masívy. ZapnutéKreslenie 49 Prezentuje sa obraz jeho navrhovaného sifónového mlyna s vodným kolesom turbíny. Dielo tohto" suchý mlyn„Tsongka si niečo také predstavoval. Po uzavretí oboch koncov potrubia cez otvor v jeho najvyššom bode sa potrubie naplní vodou až po samý vrch. Horný otvor sa potom uzavrie; pri otvorení oboch spodných otvorov sifónu v mlyne by podľa autora malo automaticky vzniknúť rovnomerné prúdenie vody.

V roku 1607, keď Tsonka publikoval popis svojho vynálezu v knihe „ Nové divadlo strojov a štruktúr“, vlastnosti barometrického tlaku ešte prakticky neboli známe. To však vyplýva už zo samotnej kresby Tsonkovho stroja. Koniec koncov, ak otvor sacieho kolena sifónu leží pod výstupným hrdlom, potom sa ukáže, že čerpanie vody nie je možné, aj keď výška bodu ohybu potrubia spĺňa predtým špecifikovanú podmienku. Tsonka sa pokúsil prekonať ťažkosti, ktoré pred ním vznikli, rozšírením prierezu potrubia v blízkosti výtokového hrdla v nádeji, že nárast množstva vody sústredenej v tejto časti sifónu zvýši sací účinok v jeho druhom ohybe. .

Baníci a studni sa pri svojej práci často stretávali s efektom „ strach z prázdnoty„Vo svojich úvahách však nepovažovali za úplnú pravdu ani Porto, ani Tsonku, keďže sa napríklad ukázalo, že bežné piestové čerpadlá nedokážu odčerpať vodu z hĺbky viac ako desať metrov. Sám Galileo priznal, že „ strach z prázdneho priestoru"Príroda má svoje vlastné hranice, ktoré určuje" neschopnosť vodného stĺpca uniesť svoju vlastnú hmotnosť v potrubí" Až po jeho smrti sa Torricellimu podarilo odhaliť podstatu tohto javu, keď pri pokusoch s vákuom použil namiesto vody ortuť. Zároveň experimentálne zistil, že stĺpec ortuti vysoký 76 cm zodpovedá desaťmetrovému stĺpcu vody - presne to bola hranica, ktorú kládli majstri, ktorí kopali studne a viackrát sa pokúšali zvýšiť saciu výšku svojich čerpadlá, nepodarilo prekonať. Torricelli zároveň naznačil, že nie „ strach“ pred priestorom bez vzduchu a tlak okolitého vzduchu drží ortuť alebo vodu v trubici, ktorá je na vrchu utesnená s otvoreným spodným koncom. S jeho objavom Torricelli súčasne vyriešil dva problémy: po prvé zasadil ťažkú ranu dovtedy všeobecne prijímanej Aristotelovej mechanike a po druhé ukázal, aké nereálne sú Portove a Csonkove predstavy o imaginárnom „ strach„prírody pred prázdnotou z pohľadu vytvorenia perpetuum mobile.

Obrázok 50

Žiaľ, neúspechy pri pokusoch postaviť perpetuum mobile na základe zákonov hydrostatiky a kapilárneho efektu neboli dostatočne závažným argumentom vo vedeckých sporoch pre zástancov hydraulického perpetuum mobile. Dokonca aj niektorí slávni fyzici vzdali hold štúdiu takýchto možností. ZapnutéKreslenie 50 je dané perpetuum mobile navrhnuté slávnym matematikom Johann Bernoulli starší. Princíp činnosti tohto stroja na večný pohyb bol založený na využití fenoménu osmózy - vzájomnej difúzie dvoch kvapalín oddelených poréznou stenou. Bernoulliho zariadenie nemalo žiadne pohyblivé časti – nepretržitý pohyb zabezpečovala jedna z kvapalín, ktoré sa v ňom používali. Jeho hlavnou a v podstate jedinou časťou bola nádoba, do ktorej bola vložená sklenená trubica, ktorej spodný koniec bol uzavretý membránou, ktorá cez jej póry prepúšťala len ľahšiu kvapalinu. Autor predpokladal naplniť nádobu ťažkou kvapalinou B a skúmavku vybavenú membránou s menej hustou kvapalinou A. Zároveň odporučil zvoliť dĺžku rúrky a a výšku kvapaliny b v nádobe tak, aby vzťah

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

Podľa autora pri splnení tejto podmienky by ľahšia kvapalina prenikla cez membránu z nádoby do skúmavky, v dôsledku čoho by zmes oboch kvapalín pretiekla cez horný okraj skúmavky a opäť sa dostala do nádoby. - celý tento proces by pokračoval donekonečna. Sám Bernoulli tvrdil, že princíp, ktorý v tomto zariadení použil, v skutočnosti nebol jeho nápad, ale čistá analógia grandiózneho prírodného javu – kolobehu vody v prírode. Z jeho pohľadu samotná príroda dokazuje možnosť existencie perpetuum mobile s uzavretým kolobehom vlhkosti. Veď v prírode samotná voda stúpa z hlbín oceánu na povrch a po vyparovaní padá na svahy hôr, odkiaľ cez pramene, potoky a rieky prúdi späť do oceánu. Morská voda obsahuje veľa solí, preto je jej hustota väčšia ako u čistej vody. Membránou, alebo v podstate obrovským filtrom, je samotná Zem, ktorá zadržiava soli a do prameňov umožňuje prúdiť len čistú vodu. Johann Bernoulli starší nebol jediný, koho zaujímal princíp dvojprúdového perpetuum mobile.

Obrázok 51

Jeho súčasník, francúzsky opát Jean d'Haut-Fey , slávny fyzik, mechanik a hodinár, si na základe rovnakých predpokladov zvolil ťažšiu cestu - vytvoriť perpetum mobile pomocou chemická reakcia. Dutina A jeho zariadenia zobrazená v Kreslenie 51 , naplnené roztokmi zo smotany zubného kameňa a vitriolu. Keď sa zmiešajú, začne sa reakcia s uvoľňovaním plynov, ktoré uzavretím ventilov na koncoch dvojramennej zakrivenej rúrky C vytlačí časť zmesi do komory D, kde od určitého momentu pretlak Vyvstáva. Tento tlak uzatvára jednosmerný ventil na konci trubice B a tým oddeľuje kvapalinu v komore D od kvapaliny zostávajúcej v dutine A. Abbe Haute-Feuille predpokladal, že zmes z komory D sa bude postupne filtrovať tak, že v jednom kolene skúmavky C bude čistý roztok vínneho kameňa a v druhom roztok vitriolu. V tomto prípade museli cez spodné ventily oba roztoky opäť tiecť do dutiny A a spojiť sa do pôvodnej zmesi. Žiaľ, úvahy autora vychádzali z nesprávneho predpokladu, že po skončení chemickej reakcie, ktorá vznikla zmiešaním primárnych látok, bolo možné opäť získať obe zložky v pôvodnom stave a tak pokračovať v procese neobmedzene.

Obrázok 52

V roku 1685 v jednom z čísel londýnskeho vedeckého časopisu „ Filozofické diela“ bol zverejnený navrhnutý Francúzom Denis Papin projekt hydraulického perpetuum mobile, ktorého princíp fungovania mal vyvrátiť známy paradox hydrostatiky. Ako vidno z obrázku Kreslenie 52 , toto zariadenie pozostávalo z nádoby, ktorá sa zužovala do rúrky v tvare písmena C, ktorá sa zatáčala nahor a jej otvorený koniec visel cez okraj nádoby. Autor projektu sa mylne domnieval, že hmotnosť vody v širšej časti nádoby nevyhnutne prevýši hmotnosť kvapaliny v trubici, t.j. v jeho užšej časti. To znamenalo, že kvapalina by sa svojou gravitáciou musela vytlačiť z nádoby do trubice, cez ktorú by sa opäť musela vrátiť do nádoby – čím sa dosiahne požadovaná nepretržitá cirkulácia vody v nádobe. Papen si, žiaľ, neuvedomil, že rozhodujúcim faktorom v tomto prípade nie je rozdielne množstvo (a s ním aj rozdielna hmotnosť tekutiny v širokých a úzkych častiach nádoby), ale predovšetkým vlastnosť vlastná všetkým komunikujúce nádoby bez výnimky: tlak kvapaliny v nádobe a zakrivenej trubici bude vždy rovnaký. Hydrostatický paradox je presne vysvetlený zvláštnosťami tohto v podstate hydrostatického tlaku. Inak tzv paradox obrázok 61

A Obrázok 62 . Trochu priťahujú našu pozornosť neobvyklé riešenie ich kinematické mechanizmy. Prvý obrázok 61 je perpetum mobile, patriaci do tej malej triedy strojov, v ktorých sa ako pracovná tekutina používal sypký materiál – piesok. Vedrá namontované na špeciálnych ramenách obežného kolesa privádzali piesok do horného šikmého žľabu. Ďalej pozdĺž spodného žľabu sa piesok vracal späť do komôr umiestnených medzi lícami obežného kolesa. Ako sa kolesá otáčali, komory sa striedavo ocitli v najnižšej polohe, vtedy sa z nich piesok vysypal a následne ho opäť nabrali vedrá, v dôsledku čoho sa celý cyklus musel opakovať znova. Zapnuté Obrázok 62 zobrazuje perpetuum mobile, ktorý bol poháňaný stlačeným vzduchom privádzaným do neho z mechov kováčskej dielne. Činnosť mechov bola v tomto prípade zabezpečená pomocou nerovnoramenného pákového mechanizmu spojeného s kľukou, ktorá mala byť zasa poháňaná ozubeným prevodom z hriadeľa obežného kolesa vzduchového motora.

Analýza zbierky antických kresieb a kresieb z Holtzhamerovho rukopisu opäť potvrdzuje skutočnosť, že skúmanie problému perpetuálneho pohybu bolo pre vedcov a inžinierov neskorej renesancie a raného baroka veľmi prínosnou témou; Navyše medzi veľké množstvo štandardných technické riešenia A nápady rovnakého typu nájdeme aj také, ktoré vynikajú známym vtipom a značnou mierou originality.

Ak by sme chceli preskúmať a analyzovať návrhy všetkých hydraulických perpetuum mobile bez výnimky, zabralo by nám to príliš veľa miesta a času. Pravda, s niektorými sa stretneme v inej časti, ktorá popisuje pokusy o vytvorenie perpetum mobile v 19. a 20. storočí. Aj na týchto príkladoch sa však môžeme opäť presvedčiť o tom hlavnom – o základe kombinácií, z ktorých moderní vynálezcovia vytvorili desiatky dizajnových možností, pričom ich zakaždým vydávali za originálne riešenie, takmer vždy slúžili tým istým niekoľkým základným fyzikálnym princípom.

Veľká pozornosť, ktorú vynálezcovia perpetum mobile venovali pokusom využiť pre ne hydrauliku, samozrejme nie je náhodná.

Je všeobecne známe, že hydromotory boli rozšírené v r stredovekej Európe. Vodné koleso v podstate až do 18. storočia slúžilo ako hlavný zdroj energie pre stredovekú výrobu.

Napríklad v Anglicku bolo podľa súpisu pôdy 5000 vodných mlynov. No vodné koleso sa využívalo nielen v mlynoch; Postupne sa začala používať na pohon buchary v kováčskych dielňach, vrát, drvičov, dúchadiel, obrábacích strojov, rámov píl a pod. „Vodná energia“ však bola viazaná na určité miesta na riekach. Medzitým si technológia vyžadovala motor, ktorý by mohol fungovať všade tam, kde to bolo potrebné. Preto bola myšlienka vodného motora nezávislého na rieke úplne prirodzená, ba polovica bitky – využiť tlak vody – bola jasná. Skúseností som tu nazbieral dosť. Ostala druhá polovica – vytvárať takýto tlak umelo.

Metódy nepretržitého zásobovania vodou zdola nahor sú známe už od staroveku. Najpokročilejším zariadením potrebným na to bola Archimedova skrutka. Ak pripojíte takéto čerpadlo k vodnému kolesu, cyklus je dokončený. Najprv musíte naplniť bazén v hornej časti vodou. Voda, ktorá z neho prúdi, roztočí koleso a čerpadlo z neho poháňané bude opäť privádzať vodu nahor. Vznikne tak hydromotor, ktorý funguje takpovediac „samoobslužne“. Nepotrebuje žiadnu rieku; sám vytvorí potrebný tlak a zároveň uvedie mlyn alebo stroj do pohybu.

Pre inžiniera tej doby, keď ešte neexistoval pojem energie a zákon jej zachovania, nebolo na takejto myšlienke nič zvláštne. Mnoho vynálezcov sa snažilo priviesť ho k životu. Len niekoľko myslí pochopilo, že to nie je možné; jedným z prvých medzi nimi bol univerzálny génius - Leonardo da Vinci. V jeho zápisníkoch sa našiel náčrt hydraulického perpetuum mobile. Stroj sa skladá z dvoch vzájomne prepojených zariadení A a B, medzi ktorými je miska naplnená vodou. Zariadenie A je Archimedova skrutka, ktorá privádza vodu zo spodnej nádržky do misky. Zariadenie B sa otáča, poháňané vodou vytekajúcou z misky, a otáča čerpadlom A - Archimedovou skrutkou; Odpadová voda sa odvádza späť do nádrže.

Namiesto v tom čase známeho vodného čerpadla Leonardo použil vodnú turbínu, čím mimochodom vyrobil jeden zo svojich vynálezov. Táto turbína B je obrátené čerpadlo - Archimedova skrutka. Leonardo si uvedomil, že ak naň nalejete vodu, bude sa sám otáčať a premení sa z vodného čerpadla na turbínu.

Na rozdiel od svojich súčasných a budúcich vynálezcov hydraulických perpetum mobile tohto typu (vodný motor + vodné čerpadlo), Leonardo vedel, že nebude môcť pracovať. Vodu, v ktorej nie je rozdiel v hladinách, nazval veľmi obrazne a presne „ mŕtva voda"(aqua morta). Pochopil, že padajúca voda môže v ideálnom prípade zdvihnúť rovnakú vodu na predchádzajúcu úroveň a nič viac; č extra práca nevie produkovať. V reálnych podmienkach jeho vlastné štúdie trenia dali dôvod domnievať sa, že sa to tiež nestane, pretože „od sily stroja je potrebné odpočítať to, čo sa stratilo z trenia v podperách“. A Leonardo robí konečný verdikt: "Je nemožné uviesť mlyny do pohybu cez mŕtvu vodu."

Túto myšlienku o nemožnosti získať mŕtvu vodu „z ničoho“ neskôr rozvinul R. Descartes a ďalší myslitelia; nakoniec to viedlo k ustanoveniu univerzálneho zákona zachovania energie. Ale to všetko sa stalo oveľa neskôr. Medzitým vynálezcovia hydraulických perpetuum mobile vyvíjali stále viac a viac ich nových verzií, pričom zakaždým vysvetľovali svoje zlyhania tou či onou konkrétnou chybou.

Jedným z trikov, ako obísť ťažkosti pri navrhovaní hydraulického perpetuum mobile, bolo prinútiť vodu stúpať (alebo odtekať) pri menšom výškovom rozdiele. Na tento účel bol poskytnutý kaskádový systém niekoľkých sériovo zapojených čerpadiel a obežných kolies. Takýto stroj je opísaný v nám už známej knihe D. Wilkinsa. Voda je zdvíhaná skrutkovým čerpadlom, ktoré pozostáva zo šikmého potrubia, v ktorom sa otáča rotor. Je poháňaný tromi obežnými kolesami, do ktorých je voda privádzaná z troch kaskádových nádob. Vo svojom hodnotení tohto motora sa Wilkins, rovnako ako v prípadoch opísaných vyššie, umiestnil na vrchole. Nielenže tento motor zamietol zo všeobecných dôvodov, ale dokonca vypočítal, že na otáčanie špirály potreboval „trikrát toľko vody, aby sa otočil, ako množstvo, ktoré dodáva na vrchol“.

Všimnite si, že Wilkins, podobne ako mnohí jeho súčasníci, začal študovať mechaniku a hydrauliku s pokusmi vynájsť stroj na večný pohyb. Ďalší príklad stimulujúceho účinku perpetuum mobile -1 na vtedajšiu vedu.

Wilkins tiež uviedol prvú klasifikáciu metód na konštrukciu strojov s trvalým pohybom:

1). Pomocou chemickej extrakcie (tieto projekty sa k nám nedostali);
2). Využitie vlastností magnetu;
3). S pomocou gravitácie

Do tretej skupiny priradil hydraulické perpetum mobile.

V dôsledku toho Wilkins napísal jasne a jednoznačne: „Dospel som k záveru, že toto zariadenie nie je schopné fungovať.“ Tento milovník vedy dal v 17. storočí dôstojný príklad, ako prekonať chyby a nájsť pravdu.

Z ďalších hydraulických perpetum mobile stojí za pozornosť stroj poľského jezuitu Stanislava Solského, ktorý na pohon obežného kolesa používal vedro s vodou. V hornom bode čerpadlo naplnilo vedro, spadlo, otáčajúc koleso, v dolnom bode sa prevrátilo a prázdne sa zdvihlo; potom sa proces opakoval. Kráľovi Kazimírovi sa toto auto veľmi páčilo, keď ho Stanislav Solski predviedol vo Varšave (1661). Ani svetské úspechy titulovaných vynálezcov však nedokázali zakryť skutočnosť, že hydraulické perpetum mobile systému „čerpadlo-vodné koleso“ v praxi nefungovali. Boli potrebné nové nápady, pomocou ktorých by bolo možné zdvihnúť vodu zo spodnej úrovne na hornú bez nákladov na prácu, bez použitia mechanického čerpadla. A takéto myšlienky sa objavili - ako na základe už známych javov, tak aj v súvislosti s novými fyzikálnymi objavmi.

Prvá myšlienka, ktorú si treba zapamätať, je použitie sifónu. Toto zariadenie, známe už od staroveku (spomína ho Heron Alexandrijský), sa používalo na prelievanie tekutiny z nádoby umiestnenej hore do inej, ktorá sa nachádza pod ňou. Princíp jeho činnosti je nasledovný: dve nádoby umiestnené na rôznych úrovniach sú spojené rúrkou pozostávajúcou z dvoch kolien, z ktorých jedno (horné) je menšie ako druhé (spodné). Výhoda tohto jednoduché zariadenie, ktorý sa stále používa, spočíva v tom, že z hornej nádoby môžete naberať tekutinu zhora bez toho, aby ste urobili dieru v jej dne alebo stene. Jedinou podmienkou pre fungovanie sifónu je úplné predplnenie trubice kvapalinou. Keďže medzi hornou a spodnou nádobou je rozdiel hladiny, kvapalina bude prúdiť gravitačne z hornej nádoby do spodnej.

Vzniká otázka - ako sa dá použiť sifón na zdvíhanie vody, ak je jeho účel opačný - odvádzanie vody? Bola to však práve táto paradoxná myšlienka, ktorú predložil okolo roku 1600 a opísal ju v knihe „Nové divadlo strojov a štruktúr“ (1607) mestský architekt Padovy (Taliansko) Vittorio Zonca. Spočívala v tom, že krátke horné koleno sifónu bolo hrubšie - väčší priemer (D >> d). V tomto prípade, ako sa Zonka domnieval, voda v ľavom hrubom kolene napriek svojej menšej výške preváži vodu v tenkom kolene a sifón ju ťahá opačným smerom - od spodnej nádoby k hornej. Napísal: „Sila, ktorá pôsobí v hrubom kolene, potiahne to, čo vstúpi cez užšie koleno. Na tomto princípe mal fungovať stroj na perpetuum mobile Zonky. Sifón odoberal vodu z dolnej nádrže do úzkeho potrubia; voda zo širokého potrubia bola odvádzaná do nádoby umiestnenej nad vodojemom, odkiaľ bola privádzaná do vodného kolesa a odvádzaná späť do vodojemu. Koleso otáčalo mlynským kameňom cez hriadeľ.

Tento pôvodný stroj, prirodzene, nemohol fungovať, keďže podľa zákonov hydrauliky smer pohybu kvapaliny v sifóne závisí iba od výšky stĺpcov kvapaliny a nezávisí od ich priemeru. V čase Zonky však o tom praktici nemali jasnú predstavu, hoci otázka tlaku v kvapaline bola vyriešená už v Stevinových prácach na hydraulike. Ukázal (1586) „hydrostatický paradox“ - tlak kvapaliny závisí iba od výšky jej stĺpca, a nie od jej množstva. Táto pozícia sa stala všeobecne známou neskôr, keď podobné experimenty uskutočnil znova a vo väčšej miere Blaise Pascal (1623-1662), ale mnohí inžinieri a vedci im nerozumeli, ktorí stále verili, že čím širšia nádoba, tým väčší tlak. kvapalinu, ktorú obsahuje. Niekedy boli obeťami takýchto mylných predstáv dokonca aj ľudia, ktorí pracovali v úplnej špičke súčasnej vedy a techniky. Príkladom je Denis Papin (1647-1714) - vynálezca nielen „Papovho kotla“ a poistného ventilu, ale aj odstredivého čerpadla a predovšetkým prvých perových strojov s valcom a piestom. Papin dokonca stanovil závislosť tlaku pary od teploty a ukázal, ako na jeho základe získať vákuum a zvýšený tlak. Bol Huygensovým žiakom, dopisoval si s Leibnizom a ďalšími významnými vedcami svojej doby a bol členom Anglickej kráľovskej spoločnosti a Akadémie vied v Neapole. A taký človek, ktorý je právom považovaný za významného fyzika a jedného zo zakladateľov modernej tepelnej energetiky, pracuje na perpetuum mobile! Navyše navrhuje také perpetuum mobile, ktorého omyl princípu bol súčasnej vede úplne zrejmý. Tento projekt publikuje v časopise Philosophical Transactions (Londýn, 1685).

Myšlienka Papinova perpetum mobile je veľmi jednoduchá – je to v podstate trubica Zonka obrátená hore nohami. Zo širokej nádoby vychádza tenká trubica, ktorej koniec je umiestnený nad nádobou. Papin veril, že keďže hmotnosť vody v širokej nádobe je väčšia, jej sila by mala prevýšiť silu hmotnosti úzkeho stĺpca v tenkej trubici, voda bude neustále odtekať z konca tenkej trubice do širokej nádoby. Zostáva už len umiestniť vodné koleso pod potok a stroj na večný pohyb je pripravený!

Je zrejmé, že to v skutočnosti nebude fungovať; povrch kvapaliny v tenkej trubici sa ustáli na rovnakej úrovni ako v nádobe, ako v akýchkoľvek spojených nádobách.

Osud tejto Papinovej myšlienky bol rovnaký ako u iných verzií hydraulických perpetum mobile. Autor sa k tomu nikdy nevrátil, pretože sa chopil užitočnejšej práce - parného stroja.

Následne bolo navrhnutých oveľa viac hydraulických perpetum mobile s inými metódami zdvíhania vody, najmä kapilárnym a knôtom. Navrhli zdvíhanie kvapaliny zo spodnej nádoby do hornej cez zvlhčenú kapiláru. Týmto spôsobom je skutočne možné zdvihnúť kvapalinu do určitej výšky, ale rovnaké sily povrchového napätia, ktoré spôsobili stúpanie, nedovolia kvapaline prúdiť z kapiláry do hornej nádoby.

Je možné vytvoriť perpetum mobile? Aká sila bude v tomto prípade pôsobiť? Je vôbec možné vytvoriť zdroj energie, ktorý nevyužíva konvenčné zdroje energie? Tieto otázky boli vždy aktuálne.

Čo je to perpetum mobile?

Predtým, ako prejdeme k diskusii o otázke, ako vyrobiť stroj na večný pohyb vlastnými rukami, musíme najprv definovať, čo tento pojem znamená. Čo je teda perpetum mobile a prečo sa ešte nikomu nepodarilo vyrobiť tento zázrak technológie?

Po tisíce rokov sa človek pokúšal vynájsť stroj na večný pohyb. Musí to byť mechanizmus, ktorý by využíval energiu bez použitia konvenčných nosičov energie. Zároveň musia vyrobiť viac energie, ako spotrebujú. Inými slovami, musí ísť o energetické zariadenia s účinnosťou vyššou ako 100 %.

Typy perpetum mobile

Všetky stroje na večný pohyb sú konvenčne rozdelené do dvoch skupín: fyzické a prírodné. Prvé sú mechanické zariadenia, druhým sú zariadenia, ktoré sú navrhnuté na základe nebeskej mechaniky.

Požiadavky na stroje s trvalým pohybom

Keďže takéto zariadenia musia pracovať nepretržite, musia sa na ne klásť osobitné požiadavky:

úplné zachovanie pohybu;
ideálna pevnosť dielov;
s mimoriadnou odolnosťou proti opotrebovaniu.

Perpetum mobile z vedeckého hľadiska

Čo na to hovorí veda? Nepopiera možnosť vytvorenia motora, ktorý bude fungovať na princípe využitia energie celkového gravitačného poľa. Je to tiež energia vákua alebo éteru. Aký by mal byť princíp fungovania takéhoto motora? Faktom je, že musí ísť o stroj, v ktorom nepretržite pôsobí sila spôsobujúca pohyb bez účasti vonkajšieho vplyvu.

Gravitačný stroj na neustály pohyb

Celý náš vesmír je rovnomerne vyplnený hviezdokopami nazývanými galaxie. Zároveň sú vo vzájomnej mocenskej rovnováhe, ktorá smeruje k mieru. Ak znížite hustotu ktorejkoľvek časti hviezdneho priestoru, čím znížite množstvo hmoty, ktorú obsahuje, potom sa celý vesmír určite začne pohybovať a pokúsi sa vyrovnať priemernú hustotu na úroveň zvyšku. Masy sa ponáhľajú do riedenej dutiny a vyrovnávajú hustotu systému.

Ako sa množstvo hmoty zvyšuje, masy sa rozptýlia z uvažovanej oblasti. Ale jedného dňa bude celková hustota stále rovnaká. A nezáleží na tom, či sa hustota danej oblasti zníži alebo zvýši, dôležité je, že telesá sa začnú pohybovať, čím sa priemerná hustota dostane na úroveň hustoty zvyšku vesmíru.

Ak sa mikrofrakciou spomalí dynamika rozpínania pozorovateľnej časti Vesmíru a využije sa energia z tohto procesu, získame želaný efekt bezplatného večného zdroja energie. A motor z neho poháňaný sa stane večným, pretože nebude možné zaznamenať spotrebu samotnej energie pomocou fyzikálnych konceptov. Vnútrosystémový pozorovateľ nebude schopný pochopiť logickú súvislosť medzi rozptylom časti vesmíru a spotrebou energie konkrétneho motora.

Pre vonkajšieho pozorovateľa bude obraz zreteľnejší: prítomnosť zdroja energie, oblasť zmenená dynamikou a spotreba energie samotného konkrétneho zariadenia. Ale to všetko je iluzórne a nepodstatné. Skúsme si vlastnými rukami postaviť perpetuum mobile.

Magneticko-gravitačný stroj na neustály pohyb

Magnetický stroj na večný pohyb si môžete vyrobiť vlastnými rukami pomocou moderného permanentného magnetu. Princípom činnosti je striedavý pohyb pomocných a tiež záťaží okolo hlavného magnetu statora. V tomto prípade magnety interagujú so silovými poľami a záťaže sa buď približujú k osi otáčania motora v zóne pôsobenia jedného pólu, alebo sú odpudzované v zóne pôsobenia druhého pólu od stredu otáčania.

Motory druhého typu sú stroje, ktoré znižujú tepelnú energiu zásobníka a úplne ju premieňajú na prácu bez zmien prostredia. Ich použitie by porušilo druhý zákon termodynamiky.

Aj keď boli v priebehu minulých storočí vynájdené tisíce rôznych variantov predmetného zariadenia, otázkou zostáva, ako vyrobiť stroj na večný pohyb. A predsa musíme pochopiť, že takýto mechanizmus musí byť úplne izolovaný od vonkajšej energie. A ďalej. Akákoľvek večná práca akejkoľvek štruktúry sa vykonáva, keď je táto práca nasmerovaná jedným smerom.

Vyhnete sa tak nákladom na návrat do pôvodnej polohy. A ešte posledná vec. Nič na tomto svete netrvá večne. A všetky tieto takzvané perpetum mobile, pracujúce na energii gravitácie a na energii vody a vzduchu a na energii permanentných magnetov, nebudú fungovať neustále. Všetko sa raz skončí.

Predstavte si, že váš mobilný telefón nikdy nevybíja, motoristi nepoznajú slovo „tankovanie“ a umelé orgány pracovať dlhšie ako tie skutočné. Dnes už aj deti vedia, že za všetko treba platiť a v škole učia, že nič nevzniká z ničoho. Pred niekoľkými stovkami rokov však vedci tvrdili, že cestujúci vo vlaku určite zomrú od udusenia vo vzduchu a že kravy pri pohľade na autá potratia. Časy sa menia. čo je večnosť? Čas existencie vesmíru? Energie má viac než dosť. Je naozaj nemožné postaviť motor, ktorý využíva skryté rezervy vesmíru, so záručnou dobou „do ďalšieho Veľkého tresku?

Nesplniteľný sen každého inžiniera. kameň mechaniky mudrcov. Nástroj šikovných podvodníkov a atribút mnohých fantastických diel. Zoznámte sa so strojom večného pohybu.

Nemožné je možné

Perpetum mobile je možné. Prinajmenšom to nie je v rozpore s kvantovou mechanikou a prvým Newtonovým zákonom (hmotný bod si zachováva stav pokoja alebo rovnomerného pohybu, kým vonkajšie vplyvy tento stav nezmenia). Nie je to tak dávno, čo astronómovia z University of Minnesota objavili vo vesmíre „veľké nič“ – prázdny priestor dlhý asi miliardu svetelných rokov. Ak si predstavíme, že v ňom nie sú žiadne interakcie, tak tam hodený kameň by sa pohyboval konštantnou rýchlosťou až do smrti Vesmíru. Teda prakticky navždy.

Keď sa však hovorí o perpetuum mobile, väčšinou máme na mysli systém, ktorý vyrobí viac energie, ako spotrebuje (stráca sa trením, odporom vzduchu a pod.), vďaka čomu sa dá využiť pre akúkoľvek potrebu domácnosti. Pred vynálezom pary resp elektrické pohony jediným univerzálnym a mobilným zdrojom energie boli svaly. Pružinové a kyvadlové mechanizmy boli vhodné len na pôsobenie malých síl po dlhú dobu (hodiny). Najvýkonnejšími stacionárnymi motormi boli vodné a veterné mlyny.

To značne obmedzilo mechaniku. Napríklad v stredoveku nebolo ťažké postaviť stropný ventilátor alebo eskalátor, ale kto by ich mohol bežať bez prestania celé dni? Je celkom logické, že ľudia snívali o „bezplatnom“ zdroji energie. Ich predstavivosť bola obmedzená vtedajšími technológiami, takže podľa dnešných štandardov vyzerali večné stroje staroveku dojemne a primitívne.

Štyri dôvody pre mylné predstavy

Prvý, najjednoduchší typ perpetum mobile je založený na istom kúzelnýúčinky. Napríklad Wellsove romány spomínajú zázračný materiál „cavorit“ so silnými antigravitačnými vlastnosťami. Ak vyrobíte koleso, ktorého polovica je vyrobená z kavoritu, bude sa točiť s konštantným zrýchlením. Vo fantasy svetoch nie je stroj na večný pohyb žiadaný, pretože namiesto konštrukcie ťažkopádneho mechanizmu môžete vždy zoslať trvalé kúzlo (vyčistenie miestnosti v Disneyho „Čarodejníkovi učňovi“ alebo hrnca, v ktorom sa uvarí nekonečné množstvo kaše. v Andersenovej rozprávke).

Perpetum mobile druhého typu – “ nemožný mechanizmus“- koná v úmyselnom porušení zákonov prírody a má čisto špekulatívny charakter. Dobrým príkladom takéhoto paradoxného dizajnu je vodný mlyn holandského umelca Mauricea Eschera (1898-1972).

Do tretice -“ subjektívne„Typ perpetum mobile sa vzťahuje na jednotku, ktorá funguje tak dlho, že ani niekoľko ľudských životov nestačí na to, aby prakticky vyvrátilo jeho „večnosť“. Zdrojom energie sú tu zvyčajne nejaké „večné“ prírodné javy.

Pozrite si napríklad " Atmos» Švajčiarska spoločnosť Jaeger-LeCoultre pracuje z denných výkyvov teploty vzduchu. Sú naplnené etylchloridom, ktorý sa pri zahrievaní rozťahuje a navíja pružinu. Aby sa minimalizovalo trenie, torzné kyvadlo robí iba 1 otáčku za minútu (150-krát pomalšie ako bežné hodiny). Rozdiel 1 stupňa stačí na to, aby hodiny bežali dva dni. Teoreticky môžu tieto hodinky prežiť nejedného majiteľa. V praxi je však záručná doba na servis rôznych modelov Atmos 20-30 rokov.

Tik tak

Na University of Otago (Dunedin, Nový Zéland) sú mechanické hodiny, ktoré postavil Arthur Beverley v roku 1864. Zapínajú sa zmenami atmosferický tlak a denné teploty. Hodiny bežia už 143 rokov. Tento experiment je považovaný za najdlhší na svete, ale termín „subjektívny perpetum mobile“ tu neplatí. Boli niekoľkokrát zastavené z dôvodu čistenia, odstraňovania porúch a tiež v zriedkavých prípadoch, keď bola priemerná denná teplota a tlak stabilné. Najstaršie funkčné hodiny na svete sú zvonkohry katedrály v Salisbury (Spojené kráľovstvo), inštalované okolo roku 1386.

Ďalším typom zariadenia, ktoré si možno pomýliť s perpetum mobile je zámerne komplikované dlhodobé mechanizmy, ktoré vykonávajú nejakú primitívnu úlohu. Pre bežného človeka je ťažké pochopiť účel a princípy svojej práce.

Tvárou v tvár takémuto „stroju na večný pohyb“ si môžete byť na 99 % istý, že jeho „vynálezca“ je darebák. Prílišné konštrukčné komplikácie sú potrebné len na zmätenie pozorovateľa a skrytie skutočného zdroja pohybu (zvyčajne výkonná pružina ukrytá v dutej osi ozubeného kolesa).

Podozrivé typy

Fyzici rozdeľujú stroje na večný pohyb do dvoch typov.

Každý stroj, ktorý prijíma energiu, produkuje prácu a (alebo) jej ekvivalentné teplo. Ak je viac práce alebo tepla ako energie, máme čo dočinenia s perpetuum mobile prvý typ- najobľúbenejší medzi vynálezcami. Predstavme si, že nejaký temný génius nasadil nevyvážené koleso na zázračné ložisko. Stačí naň zatlačiť raz - a malo by sa otáčať a zrýchľovať, kým sa nerozbije na kúsky. Hovorí sa tomu „porušenie zákona o zachovaní energie“.

Motor druhý typúplne premieňa okolité teplo na prácu, pričom ignoruje druhý zákon termodynamiky. Dnes existujú návrhy, že vytvorenie nejakého zdania takéhoto zariadenia je stále možné, ak hovoríme o transformácii nielen tepla, ale aj temnej energie alebo temnej hmoty, z ktorej je vytvorená najväčšia časť nášho vesmíru.

Večná história

Prvý stroj na večný pohyb bol vynájdený takmer pred 9 storočiami. Indický matematik a astronóm Bhaskara II navrhol pripevniť na koleso nádoby s ortuťou, ohnuté tak, že pri otáčaní by tiekla z jedného konca nádoby na druhý. Podľa jeho plánu by sa koleso točilo neustále. S najväčšou pravdepodobnosťou to bol pre vedca iba symbol večného cyklu existencie (samsara, „tok“).

Bhaskara svoj filozofický model sotva považoval za stroj na večný pohyb, ale arabskí a európski výskumníci brali túto otázku absolútne vážne. Nevyvážené koleso sa stalo klasikou „večného stroja“. V 13. storočí francúzsky architekt Villars de Honnecourt použili rovnakú schému a nahradili ortuť kladivami. V praxi takéto koleso nájde rovnovážny bod a zastaví sa bez toho, aby urobilo úplnú otáčku.

Leonardo da Vinci sa začal zaujímať o myšlienku perpetum mobile, vytvoril niekoľko kresieb... a oznámil, že ani jedno takéto zariadenie nebude fungovať. Kritizoval všetky pokusy vynálezcov o vytvorenie ďalšieho „magického kolesa“, ale myšlienka zásadnej nemožnosti večného stroja sa stala axiómou až o dvesto rokov neskôr – keď v roku 1775 Parížska akadémia vied prestala prijímať patentové prihlášky na takéto zariadenia. Zároveň Leonardo zanechal kresby vodného mlyna, ktorý otáčala voda ním zdvihnutá, bez toho, aby im poskytol kritické komentáre. Či považoval za možný perpetum mobile na vode, nie je známe.

Ó, prieskumníci večného pohybu, koľko márnych plánov ste vytvorili pri takýchto výpravách! Staňte sa lepšími alchymistami!

Leonardo da Vinci

Fascinácia nevyváženými kolesami ustúpila móde uzavretých okruhov: „zariadenie A otáča zariadením B, ktoré pohybuje zariadením A.“ Filozof, astrológ a alchymista Mark Anthony Zimara(1460-1523), nepoznajúci da Vinciho vodný mlyn, opísal veterný mlyn, do ktorého fúkali obrovské mechy poháňané rotáciou toho istého veterný mlyn.

V roku 1610 holandský vynálezca Cornelius Drebbel postavil prvé mechanické hodinky so samonaťahovaním zo zmien atmosférického tlaku. Stroj, ktorý bol zlatým glóbusom a ukazoval nielen hodiny, ale aj dátumy a ročné obdobia, sa na vtedajšie pomery zdal ako skutočný „stroj perpetuum mobile“. Drebbel sa preslávil ako kúzelník a alchymista.

Ťažko povedať, ako dobre to bolo prevedené (napríklad hodinky Atmos vyvíjali najlepší švajčiarski inžinieri niekoľko desaťročí). Ale vzhľadom na to, že Drebbel bol neuveriteľne talentovaný (zostrojil mikroskop s dvoma šošovkami, ponorku pre anglické námorníctvo, vynašiel kurací inkubátor s termostatom, ktorý automaticky upravoval teplotu, a tiež sa pokúsil vytvoriť klimatizáciu), je rozumné predpokladať, že jeho hodinky môžu fungovať bez porúch dlhé mesiace, ak nie roky.

Alchymisti vytvorili modernú chémiu a konštruktéri strojov na večný pohyb vytvorili obyčajné motory. V roku 1662 sa Edward Somerset, markíz z Worcesteru (významný teoretik v oblasti perpetual mobile) rozhodol nainštalovať prvý parný stroj na svete podľa vlastného vynálezu na vežu hradu Raglan vo Walese, ktorý dvíhal vodu potrubím. Žiaľ, peňazí mu bolo málo a investori sa neodvážili investovať do takého fantastického projektu.

Koniec večnosti

Posledné, najsvetlejšie obdobie klasickej konštrukcie perpetuum mobile nastalo v polovici 18. storočia, a to v živote Johann Ernst Elias Bessler(1680-1745), ktorý vynašiel pseudonym Orffyreus (kryptogram Bessler)

Bolo to veľmi cudzí muž- chvastavý, otravný, nudný, so zlým charakterom a paranoidnými návykmi. Podľa dôkazov, ktoré sa k nám dostali, pracoval ako hodinár. V roku 1712 Bessler vyhlásil, že ovláda tajomstvo večného pohybu. Najprv sa obyvateľom malého nemeckého mestečka Gera snažil ukázať nonstop koleso s malým nákladom, no provinciálov táto podívaná nenadchla.

Bessler začal cestovať po krajine, publikovať vedecké pojednania a stavať väčšie modely svojho motora. Z nejakého dôvodu nechcel vyrábať kompaktné modely, ale navrhol drevené kolesá s priemerom asi 4 metre. Jeho energická činnosť vzbudila záujem vedcov. Demonštračné vzorky megakolies boli starostlivo preskúmané, ale nenašli sa žiadne známky šarlatánstva.

Bolo rozhodnuté uskutočniť experiment v plnom rozsahu. 12. novembra 1717 bolo za prítomnosti vládnych úradníkov jedno z otočných kolies s priemerom 3,5 metra umiestnené do miestnosti na zámku Weißenstein a všetky okná a dvere boli pevne zamknuté. O dva týždne bola miestnosť otvorená. Koleso sa stále točilo. Potom bola miestnosť až do 4. januára 1718 zapečatená. O rok neskôr ľudia vstúpili do miestnosti a videli, že koleso sa stále otáča rovnakou frekvenciou.

Toto už bolo zaujímavé. Kráľovská spoločnosť v Londýne chcela vynález kúpiť. Bessler si hneď vypýtal dvadsaťtisíc libier (na tú dobu obrovské peniaze). Rozhodli sa ešte raz skontrolovať koleso, no Bessler sa zrazu rozzúril a svoj výtvor rozbil – vraj preto, aby ostatní vedci nemohli ukradnúť jeho nápady.

Vynálezca pokračoval v cestovaní po krajine a predvádzal rôzne modely kolesá: otáčanie iba v jednom smere a zastavenie len s veľmi veľkým úsilím, ako aj otáčanie v akomkoľvek smere a zastavenie bez akýchkoľvek ťažkostí. V roku 1727 Besslerova slúžka uviedla, že jeho mechanizmy uviedol do pohybu muž v inej miestnosti. Nikdy nebolo možné overiť tieto hodnoty, ale povesť inžiniera bola navždy poškodená. Bessler zomrel po páde z veterného mlyna, ktorý staval. Zanechal po sebe nezrozumiteľné zakódované poznámky a prinútil svojich potomkov uvažovať – bol to blázon, výstredný génius alebo geniálny kúzelník?

Nech je svetlo

Isaac Asimov neschvaľoval myšlienku vytvárania energie z ničoho. Veril, že ľudstvo sa vyvinie „spálením“ hviezd. Toto nemôže trvať večne, ale spisovateľ vyšiel zo situácie so svojou obvyklou eleganciou: v príbehu „Posledná otázka“ dvaja opití technici položili superpočítaču otázku, ako zvrátiť entropiu a predĺžiť životnosť vesmíru (čím získať nekonečná energia). Superpočítač premýšľal bilióny rokov, neustále sa vyvíjal a na konci sveta, po tepelnej smrti vesmíru, našiel odpoveď a povedal: "Buď svetlo." Dá sa to chápať nasledovne: energia je večná, no nedá sa používať večne. Skôr či neskôr bude musieť všetko začať odznova.

Keď Charles videl klon svojho duchovného dieťaťa v akcii, spanikáril a utiekol do New Yorku, kde ho odhalil slávny vynálezca Robert Fulton. Ten si všimol, že stroj funguje prerušovane, a zistil, že z neho vedie remeňový pohon do vedľajšej miestnosti s mužom, ktorý otáča pákou.

Ďalší Američan - John Kiely(1827-1898) - uviedol, že energiu možno z éteru extrahovať vďaka vibráciám ladičky. Obvinili ho z podvodu a dokonca aj z čarodejníctva, ale podvodníkovi sa podarilo oklamať investorov 27 rokov a pripraviť ich o peniaze na vytvorenie priemyselného modelu motora. Až keď Keely spadol pod električku, bolo jasné, že na jeho modeloch sa pracuje stlačený vzduch. Podvodník porušil mnohé zákony – nie však termodynamiku.

Počas 19. a 20. storočia takéto zariadenia naďalej kŕmili svojich „vynálezcov“ a pracovníkov v žltom lise – s jediným rozdielom, že výrazy „kozmické tekutiny“ a „všetko všadeprítomný éter“ boli nahradené výrazmi „studený termonukleárny“ alebo „ alternatívna fyzika“. Niekedy to skončilo nielen zle, ale veľmi zle – napríklad v roku 1966 americký Maďar Jozef Papp(samozvaný tvorca prúdovej ponorky) testoval motor poháňaný zmesou inertných plynov. Výbuch zabil jedného človeka a dvoch zranil.

Ale nie všetky takéto prípady mali kriminálny charakter. Celkom seriózny vedec Thomas Henry Moray(1892-1974) opakovane všetkým demonštroval fungovanie zariadenia, ktoré zbieralo „žiariacu energiu z vákua“ a premieňalo ju na elektrinu.

Stroj pracoval niekoľko dní v rade. Odborníci to skúmali hore-dole, no zdroj energie nikto nenašiel. Priemyselníci ho chceli kúpiť, Moray to odmietol a jediná pracovná kópia bola zničená. Vedec sa neskôr sťažoval, že ho niekoľkokrát zastrelili, ohrozovali jeho rodinu a pravidelne vykonávali razie v jeho laboratóriách. Tajomstvo zariadenia, ktoré zbieralo kozmickú energiu (nech už to bolo čokoľvek), si vynálezca vzal so sebou do hrobu.

Je veľmi ťažké určiť hranicu medzi genialitou a šialenstvom. Ďalší fyzik - Bulhar Štefan Marinov uviedol, že navštívil komúnu kresťanskej sekty „Meternita“ (Linden, Švajčiarsko), ktorej členovia dostali „inšpiráciu zhora“ a postavili generátor nekonečnej elektrickej energie s názvom „Testatika“. Funguje už dlhé roky a pokrýva energetické potreby celej obce. Krátko po tomto odhalení Marinov skočil zo schodov v knižnici univerzity v Grazi.

Fanúšikovia konšpiračných teórií často spomínajú Stanley Meyer, ktorý bol postavený pred súd za pokus predať motor, ktorý bežal na vodu. Slabé elektrické impulzy špeciálnej frekvencie podľa plánovača rozkladajú vodu na vodík a kyslík, ktoré sa potom využívajú namiesto benzínových pár a na pokračovanie rozkladu vody stačí výkon autogenerátora. Stanley, ktorý na tomto podvode zarobil nejaké bohatstvo, v roku 1998 náhle zomrel v reštaurácii. Znalých ľudí Niet pochýb o tom, že ho otrávili ropní magnáti a vládni agenti.

* * *

Nič netrvá večne, dokonca ani motory. Vznešení šialenci starovekého sveta navrhli zariadenia, ktorým nerozumeli, a presvedčili sa, že ich stroje vydržia navždy. Nahradili ich trikári, ktorí ukázali zázraky vynaliezavosti len v oblasti skrývania skutočných zdrojov energie svojich motorov. Dnešní neuznávaní géniovia sa snažia byť „bližšie k ľuďom“ tým, že ponúkajú najobľúbenejší zdroj – nekonečné množstvo elektriny. Medzitým, kým dolaďujú svoje generátory, si na ich stránke môžete za pár dolárov kúpiť video, ktoré ukazuje testovací model v akcii. Kedysi to bolo lacnejšie – vidieť to koleso v stodole stálo len pár medených mincí.

Väčšina úprimných pokusov o vynájdenie stroja na večný pohyb pochádza od ľudí bez špeciálnych znalostí fyziky, ale so „zlatými rukami“ a trpiacimi „tvorivým svrbením“. Zaujímavé je, že asi tretinu z nich tvoria dôchodcovia. Ich projekty sú v drvivej väčšine prípadov založené na stáročných nápadoch a autori sa neobmedzujú len na jeden „vynález“. Insight k nim prichádza takmer každý deň, takže revolučné kresby dorazia na patentový úrad nie v jednotkách, ale v kilogramoch.

Perpetum mobile v istom zmysle skutočne existuje v podobe svojho večného hľadania a funguje v uzavretom cykle: to, na čom sa popálili stredovekí prírodovedci, teraz opäť predvádzajú na skúšobných laviciach. Ale možno je to tak najlepšie, pretože raz bola takto vynájdená parná pumpa a Archimedes sa pred zvolaním „Heuréka!“ išiel len umyť.