10. Современные попытки

Заокеанские перпетуум мобиле

  В гл. 4 была рассказана история жителя Филадельфии Джона Кили, который в результате своих продолжительных и таинственных экспериментов был заподозрен окружающими в попытках изобрести некий фантастический перпетуум мобиле. Этот эпизод свидетельствует о том, что даже Атлантический океан не оказался серьезным препятствием для проникновения идеи вечного движения в Западное полушарие. Как известно, в середине 60-х годов прошлого столетия, после окончания Гражданской войны между Севером и Югом, в Соединенных Штатах Америки резко активизировались промышленность и предпринимательство, а также оживился интерес к техническому творчеству, которое в свою очередь способствовало дальнейшему научному и техническому прогрессу в стране. При этом наряду с множеством новых полезных изобретений стали появляться многочисленные проекты и попытки построения вечных двигателей. И здесь, за океаном, как и в Европе, эти проекты обсуждались и принимались публикой без достаточной доли здорового скептицизма и надлежащей ответственности.
  На рис. 88 представлена опытная модель перпетуум мобиле Джорджа Филиппса из Аллеганы (шт. Калифорния), на разработку которого изобретатель потратил год напряженного труда. В полости четырех стержней, образующих крест, вставлены передвижные грузы, связанные специальными тягами с четырьмя шарами; при этом вся система якобы должна была непрерывно вращаться вокруг центральной обоймы в направлении, указанном стрелкой. Однако после многочисленных безуспешных попыток привести эту машину в движение автор совершенно отказался от работы над нею.

  В 1870 г. некий Чарльз Бэтчелор из штата Айова получил патент на самодвижущееся устройство, изображенное на рис. 89. Главную часть этого механизма составляли две планетарные системы шестерен с грузами, которые вращались на длинных рычагах, связанных с шестернями-сателлитами. При этом обе системы шестерен были повернуты на 90° относительно друг друга.

  Весьма просто представлял себе свой перпетуум мобиле и Ф. Г. Вудворд, который считал, что полое кольцо, вставленное, как показано на рис. 90, между двумя свободно вращающимися цилиндрами, обязательно будет находиться в непрерывном движении. При разработке принципа действия своей машины автор, очевидно, исходил из условия асимметрии распределения массы кольца относительно точек его контакта с цилиндрами.

  Благоприятного отзыва публики удостоился в свое время проект некоего Горация Уикхема из Чикаго (рис. 91): автор даже получил на свой вечный двигатель патент. Основным узлом его было самодвижущееся устройство с тяжелым металлическим шаром, который должен был последовательно перекатываться в особых каналах внутри плеч горизонтального коромысла, качавшегося в вертикальной плоскости вокруг двух центральных цапф. Машина эта должна была работать следующим образом. Металлический шар вкатывается в одно из плеч коромысла через нижний коленчатый канал; далее, под действием веса шара плечо опускается, и шар накатывается на пружинящую направляющую с торчащим вниз пальцем. При упругом столкновении с опорой этот палец через отверстие на конце коромысла выталкивает шар в верхний прямой канал.

Оттуда под действием силы тяжести шар переходит по наклонному пути в другое плечо коромысла. Закрепленные на опорах U - образные стальные пружины в крайних положениях придают плечам коромысла необходимый импульс, чтобы плечо, по нижнему каналу которого в этот момент катится шар, вовремя было переведено из нижнего положения в верхнее. Для преобразования колебательного движения во вращательное Уикхем применил специальный кривошипный механизм с центробежным регулятором Уатта, который обеспечивал равномерность работы всего устройства.
  Машина, предложенная Генри Готцем из Нью-Олбани, относится к классу уже рассматривавшихся нами гидравлических перпетуум мобиле; упрощенная схема ее изображена на рис. 92. По существу она представляет собой трубку круглого сечения, частично заполненную двумя несмешивающимися жидкостями-ртутью и водой. При этом высоты водяного и ртутного столбов выбираются обратно пропорциональными удельным весам этих жидкостей. Через обе жидкости в указанном стрелкой направлении движется система полых тонкостенных металлических шаров. Вес столбика шаров, опускающихся вниз по наклонному колену трубки, вдавливает нижние шары под поверхность ртути, а оттуда через изгиб трубки заставляет их продвигаться в вертикальный канал с водой, где они поднимаются на поверхность под действием архимедовой выталкивающей силы. Возникающее таким образом непрерывное движение шаров Готц собирался передавать на лопаточное колесо, связанное со шкивом. При расчете этого устройства автор пришел к выводу, что каждый шар должен весить строго 4,5 кг,-именно в этом случае результирующая сила, определяемая весом столбика опускающихся шаров за вычетом архимедовой силы, могла бы, по мнению изобретателя, последовательно проталкивать каждый шар через заполненное ртутью колено трубки.

  Уильям Чейпер из Филадельфии пришел к идее гидравлического перпетуум мобиле другого типа - с аналогичным принципом мы довольно часто встречаемся в литературе о вечных двигателях. Как видно из рис. 93, автор использовал замкнутую цепь из резиновой ленты с укрепленными на ней пробковыми поплавками. Одна из ветвей ленты, натянутой на концевые блоки, проходит через камеру с водой, ртутью или какой-либо другой жидкостью.

Принцип работы машины Чейпера основан на действии закона Архимеда, т.е. всплывания тел в жидкости под действием выталкивающей силы. Попытаемся с помощью несложных расчетов проверить, могло ли подобное устройство работать на самом деле. Предположим, что на тонкой резиновой ленте, объемом которой по сравнению с объемом поплавков можно пренебречь, укреплено 20 поплавков кубической формы по 1 м³ каждый. Если в воду постоянно погружены 6 поплавков, то занятый ими в камере объем вытесняет 6 м³ воды, и, следовательно, выталкивающая сила, действующая на ленту с поплавками, окажется равной 58 840 Н. Против этой силы действует собственный вес поплавков, который, однако, уравновешивается весом остальных поплавков, укрепленных на другой, свободно висящей части ленты. Таким образом, лента подвергается действию направленной вверх тяги в 58 840 Н - эта сила, по замыслу автора, и должна приводить ее в непрерывное движение. Работа, совершаемая при каждом полуобороте ленты, равна произведению вычисленной нами силы на путь. Допустим, что длина ленты между блоками составляет 10 м, тогда результирующая работа будет равна 58 840 Н х 10 м = 588 400 Нм. Однако, для того чтобы эта бесконечная лента постоянно двигалась, поплавки должны входить в нижнюю часть камеры и покидать ее сверху. При входе в камеру каждому поплавку необходимо преодолеть силу, обусловленную гидростатическим давлением в жидкости. Если столб воды имеет высоту, скажем, 8 м, то сила, действующая на квадратный метр фронтальной поверхности входящего в камеру поплавка, составит 78453 Н (т.е. окажется равной весу 8 м³ воды). Тяга же поплавков вверх составляет только 58 840 Н, что явно недостаточно для того, чтобы втащить поплавок в камеру через нижнее отверстие (Ср. с аналогичным расчетом Я. И. Перельмана (см., например: Перельман Я. И. Занимательная физика: В 2-х т.-М.: Физматгиз, 1979, т. 2, с. 106-108). Конечно, можно ликвидировать указанный «недостаток» устройства Чейпера, заменив ленту с поплавками полым канатом (такие проекты, кстати, уже предлагались), однако даже такой «усовершенствованный» вечный двигатель все равно не заработает,- Прим, перев.). Кроме того, необходимо, конечно, учесть еще трение в блоках и большое сопротивление, возникающее при прохождении поплавков через уплотнительные манжеты в нижней части камеры.
  Поскольку мы полностью посвятили этот раздел книги вечным двигателям, построенным за океаном, то нельзя не вспомнить самого выдающегося американского изобретателя - Томаса Альву Эдисона. Тогда, естественно, возникает вопрос - почему Эдисон, великий экспериментатор и автор многих изобретений мирового значения, не уделил никакого внимания проблеме перпетуум мобиле? Ведь известно, что он всегда использовал до конца все возможности и средства, предоставлявшиеся современной ему техникой. Дело в том, что Эдисон был не только конструктором, наделенным широчайшим кругозором, замечательной интуицией и изобретательностью, но и человеком с исключительно развитой логикой мышления - это был своего рода современный Леонардо да Винчи. А в деятельности ученых и исследователей такого уровня проблема вечного движения не находила места.
  Чего-либо подобного отнюдь нельзя сказать о безымянном изобретателе из Канзаса, вечный двигатель которого изображен на рис. 94. Здесь автор обратился к двум хорошо известным устройствам - индукционному электростатическому генератору и электромагниту. О своем перпетуум мобиле сам изобретатель говорит так: «Исследуя мою машину, всякий может убедиться, как трение - этого заклятого врага всех конструкторов перпетуум мобиле - мне удалось обратить в своего верного союзника... Если же магнит определенной силы не сумеет привести в движение диск, то силу его можно увеличить, не повышая напряжения, а лишь уменьшая сопротивление обмотки магнита. С помощью электризации трением мы создаем достаточное напряжение в обмотке электромагнита, который и притянет к себе остальную арматуру; при этом цепь разомкнется и магнитное поле исчезнет. Далее спиральная пружина вновь замыкает цепь, и весь процесс повторяется». Как и в других подобных случаях, автор никак не объясняет, каким способом он собирается снизить электрическое сопротивление обмотки, успокаивая себя утверждением, что все потери на трение перейдут в процессе электризации в электростатическую энергию диска.

  Вечный маятник изобретателя Д. У. Френсиса из Рединга (рис. 95) также должен был приводиться в движение силой магнита.

Правда, обычный у маятникового механизма эксцентрик автор заменил здесь постоянным магнитом. В момент максимальной амплитуды отклонения, т. е. в крайнем положении маятника, этот магнит откидывает концевую защелку, зуб которой удерживает край длинного стального сегмента, качающегося вокруг центрального штифта. Когда край сегмента притянется к магниту, вертикальный стальной язык, жестко скрепленный с сегментом, отклоняется, и его верхний конец, имеющий форму плоской пружины, отводит в сторону горизонтальный ползунок, с помощью которого сообщается необходимый двигательный импульс штоку маятника. По мере уменьшения угла отклонения маятника уменьшается и отклонение сегмента, так что, когда маятник пройдет через нейтральное положение, весь процесс вновь повторится на противоположной по амплитуде стороне. С сегодняшней точки зрения совершенно ясно, что попытка построения этого «вечного» маятника должна была обязательно закончиться неудачей, поскольку принцип действия устройства противоречит второму началу термодинамики, согласно которому невозможно полностью преобразовать энергию из одной формы в другую. Кроме того, помимо трения в оси сегмента, в маятниковом подвесе и на поверхностях зубьев защелок существенную роль играют также и аэродинамические потери, вызванные сопротивлением воздуха, а также работа, затрачиваемая на неупругую деформацию пружин.