Перпетуум мобиле в представлениях современных изобретателей

  Все вечные двигатели, рассмотренные нами до сих пор (безотносительно ко времени и месту своего появления, а также независимо от их функционального принципа), имели одну общую черту: все они представляли собой стационарные установки. В самом начале своей истории стационарной была и паровая машина. Первые «огненные» машины появились, как известно, в начале XVIII в. Их совершенствование и, в частности, переход от первоначального прямолинейного рабочего хода к вращательному движению потребовали целого столетия экспериментов. Успехи, достигнутые в повышении производительности и экономичности паровых машин, открыли и новые, до тех пор не использованные возможности их применения. С постройкой первой паровой железной дороги между Стоктоном и Дарлингтоном в 1825 г. паровая машина потеряла свой стационарный характер и выступила как совершенно новый, революционизирующий элемент в развитии средств транспорта. Подобная судьба постигла впоследствии и другие источники двигательной силы: двигатель внутреннего сгорания и электромотор. Характерное для XIX, а еще более для XX в. динамичное развитие научно-технических дисциплин, а также интенсивный рост торговли, требовавшей преодоления больших расстояний, стимулировали попытки привлечения каждого нового типа энергетических машин к созданию более мощных и экономичных транспортных средств. Большинство этих энергетических машин сумело успешно зарекомендовать себя и в этой новой для них области. Не удивительно поэтому, что пытливый человеческий ум стал искать здесь приложения и вечному двигателю, хотя, надо сказать, история перпетуум мобиле чрезвычайно скудна на сообщения о самодвижущихся средствах передвижения (что, впрочем, вовсе не означает отсутствия таких попыток в прошлом).
  К наиболее ранним примерам этого типа принадлежит тележка с приводом от шарового самодвижущегося мотора (рис. 96). Автором ее проекта был австриец Алоиз Драш из Санкт-Эгиди, который даже получил на нее американский патент от 22 декабря 1868 г. Открытый барабан этого передвижного перпетуум мобиле можно было наклонять под разными углами, меняя тем самым скорость качения шара. С помощью специального проволочного кронштейна, выступавшего над барабаном и служившего для задержки шара в определенном месте этой подвижной наклонной плоскости, качение шара должно было, по замыслу изобретателя, преобразовываться во вращательное движение барабана. Далее с барабана это вращательное движение посредством конической шестерни передавалось на ведущую ось тележки.

  Столь же нереальным оказался и проект самодвижущейся железной дороги, изображенной на рис. 97. Колеса вагонов заменены здесь парами массивных конусов, которые, как показано на схеме в нижней части рисунка, катятся по колее переменной ширины и уклона. Изобретатель, очевидно, не учел, что при изменении ширины колеи происходит последовательное повышение и понижение центра тяжести всей машины, требующее значительных затрат энергии. По существу, речь идет здесь об известном случае преобразования потенциальной энергии в кинетическую и обратно, да еще при наличии разных пассивных сил и других сопротивлений. Автор проекта был уверен, что при значительном числе пассажиров и большой массе самого вагона сильно возрастает и скорость, с которой его самодвижущийся вагон будет преодолевать отдельные участки пути. В отличие от представленной на рис. 96 самоходной тележки, изобретатель которой придерживался классической концепции, разделявшей каждое транспортное средство передвижения на собственно приводной агрегат и ходовую часть, в приведенном проекте самодвижущейся железной дороги в качестве перпетуум мобиле выступает неделимое целое, составленное из самого вагона и конусообразных колес.

  Остроумный проект «самокатной подземной железной дороги между С.-Петербургом и Москвой» (рис. 98) предложил в своем неоконченном фантастическом романе, изданном в свое время в Петербурге, русский инженер А. А. Родных.

Проект заключался «в проведении 600-километрового туннеля, который должен соединить обе... столицы по совершенно прямой подземной линии». В этом туннеле должна была двигаться маятниковая система - поезд без локомотива, - приводимая в движение гравитационными силами. А. А. Родных выдвинул свою идею, основываясь на известном факте, что в таком туннеле, который, с точки зрения наблюдателя на поверхности земли, прорыт наклонно, всякое тело, увлекаемое силой тяжести, будет неопределенно долго колебаться взад и вперед, от одного конца туннеля до другого, но все время прижимаясь к его нижнему краю. В обычных же эксплуатационных условиях силу тяги локомотива в этом случае заменит составляющая веса вагонов, направленная параллельно колее. Конечно, вначале поезд будет двигаться очень медленно, однако под действием силы тяготения его движение будет постепенно ускоряться, так что середину туннеля поезд проскочит с максимальной скоростью. Начиная с этого момента «горизонтальная» составляющая силы тяжести изменит свое направление и будет замедлять движение поезда. При этом ясно, что в случае отсутствия трения и сопротивления воздуха поезд по инерции доехал бы до противоположного конца туннеля. Расчетами можно доказать, что время, необходимое для преодоления туннеля заданной длины, составляет 42 мин 12 с. При этом оно не зависит от того, будет ли такой туннель иметь длину 1000, 2000 или более километров, а также будет ли он связывать Москву с Ленинградом, Прагу с Лондоном, Нью-Йорк с Рио-де-Жанейро или еще какие-либо два пункта земного шара.
  Трудности с созданием самоходных транспортных средств вновь вынудили большинство изобретателей вечных двигателей возвратиться к экспериментам с устройствами стационарного характера. Например, небольшой гидравлико - механический перпетуум мобиле, показанный на рис. 99, можно без колебаний отнести к эпохе, когда проблема вечного движения вызывала наибольший интерес: ведь аналогичная конструкция была предложена Вийяром д’Оннекуром еще в XIII в., а в бесчисленных вариантах мы встречались с ней и в последующие времена. И все-таки возраст изображенного здесь механизма составляет всего лишь несколько десятилетий. Его автор, некий Йозеф Буреш из Праги, в дополнение к обычной системе откидывающихся грузов, расположенных по окружности колеса, присоединил еще и гидравлический контур, заполнявшийся жидкостью из общего резервуара в центре колеса. Гидравлическая система была призвана увеличивать асимметрию в расположении грузов: при вращении колеса жидкость перетекала из центрального резервуара в размещенные на концах рычагов камеры и надавливала на поршеньки, связанные при помощи тяг с грузами, тем самым увеличивая их отклонение. После прохождения критического (вертикального) положения жидкость возвращалась назад, а разряжение, создававшееся под поршеньками, перемещало грузы в исходное положение.

  В пражских архивах сохранился чертеж еще одного похожего по идее вечного двигателя чисто механического характера (рис. 100) - машины с восемью грузами, укрепленными на подвижных рычагах центрального рабочего колеса. Поворотом плеч при этом управляло - общее рычажное устройство, основным элементом которого был специальный кулачок, установленный на валу колеса.

  Вместе с тем появлялись и такие конструкции самодвижу-щихся устройств, крайнюю сложность которых их создатели вовсе не считали серьезным препятствием в их надежной работе. Показанный на рис. 101 перпетуум мобиле, построенный в 1912 г. пражским механиком Рудольфом Гаунером, принадлежит к немногочисленным экспонатам такого рода, хранящимся в собрании Национального технического музея в Праге. Это устройство представляет собой наглядный пример того, насколько сложной может оказаться машина, если ее изобретатель хочет преодолеть упрямство физических законов с помощью одной лишь голой оригинальности. К тому же в своем устройстве Гаунер попытался использовать не совсем обычный источник энергии - разницу в весе сухой и влажной, насыщенной водой древесины. Этот нехитрый в сущности принцип воплотился на практике, как видно из рисунка, в достаточно сложный механизм, единственной задачей которого было поочередно смачивать в воде тонкие деревянные кружки. Напитавшиеся водой кружки своей увеличившейся тяжестью должны были поднимать другие, полувысохшие кружки, которые размещались на аналогичных державках с противоположной стороны устройства. Сушка деревянных кружков производилась с помощью окружающего воздуха. Огромное количество шестеренок, блоков и тросиков предназначалось для передачи движения кружков на выходной вал машины. Для обеспечения плавного хода своего вечного двигателя и преодоления значительных внешних и внутренних сопротивлений Гаунер объединил вместе три одинаковых узла, связав их общим передаточным механизмом. Этим шагом он значительно усложнил конструкцию своей машины, которая вошла в историю перпетуум мобиле как единственный пример составного вечного двигателя.

  Из более подробного анализа работы перпетуум мобиле Гаунера следует, что по существу это устройство представляло собой мнимый вечный двигатель. Даже если бы он, несмотря на свою невиданную сложность, все же смог заработать, то это оказалось бы возможным лишь потому, что в сушке деревянных кружков участвовало бы тепло, отбираемое от окружающего воздуха, присутствие которого необходимо для испарения воды.
  К уже упоминавшимся ранее гидравлическим перпетуум мобиле принадлежат и два следующих примера (рис. 102 и 103). Основным элементом первого из этих вечных двигателей опять-таки является колесо, по периметру которого располагаются 16 эластичных резиновых камер с раздвигающимися жестяными шторками. При вращении колеса в указанном на рис. 102 направлении цилиндр последовательно сжимает каждую камеру, а жестяные шторки, снабженные боковыми защелками, фиксируют их в этой позиции до тех пор, пока камеры не пройдут через самое нижнее положение. Здесь защелки соскакивают, шторки раздвигаются, и сжатый воздух раздувает камеру до первоначальных размеров. Вся машина, как видно из рисунка, погружена в воду, поскольку принцип действия этого перпетуум мобиле основан на использовании закона Архимеда.

  Тот же принцип положен в основу и другого гидравлического вечного двигателя элеваторного типа с системой сферических поплавков (рис. 103). Его конструкция несколько напоминает машину Готца (рис. 92), но здесь для подъема поплавков используется только одна жидкость. Чтобы добиться плавности хода элеваторной ленты, используется специальное регулирующее устройство с двумя задвижками. Работой этих задвижек управляет особый кулачок, связанный ременным приводом с нижним натяжным колесом подъемника.

  Появлялись в нашем столетии и мнимые вечные двигатели, которые мы уже рассматривали в заключительном разделе гл. 6. Особенно часто это происходило в тех случаях, когда при запуске подобной машины в ней тем или иным способом аккумулировалось большое количество энергии. Благодаря этому запасу энергии движение машины поддерживалось неизменным настолько долго, что у неопытного наблюдателя складывалось впечатление, что он наконец-то столкнулся с реальным воплощением вечного движения. К таким случаям относится «перпетуум мобиле» русского изобретателя А. Г. Уфимцева из Курска, который в 1920 г. предложил идею ветряной электростанции нового типа с инерционным аккумулятором механической энергии. Согласно его проекту, ветряное колесо раскручивало большой маховик, который вращался вокруг вертикальной оси, укрепленной в шарикоподшипниках. Маховик размещался в кожухе, из которого выкачивался воздух, чтобы свести к минимуму аэродинамические потери. В построенной Уфимцевым модели такой маховик, будучи разогнан до 20 тыс. об/мин, сохранял вращение без притока энергии извне в течение 15 суток.
  Мощным толчком к активизации деятельности изобретателей перпетуум мобиле послужили и некоторые научные открытия. Так, вскоре после того, как был открыт и введен в практику способ получения жидкого воздуха по методу Линде, появились проекты использования энергии, скрытой в сжиженном воздухе. Целью проектов было обеспечить непрерывную работу установки Линде без подвода энергии от внешних источников.
  Стремясь получить хотя бы частичное удовлетворение от скудных результатов своей работы, многие изобретатели вечных двигателей, сталкивавшиеся с непреодолимыми трудностями как раз при переходе от стадии проектирования своего детища к его практической реализации, старались как можно быстрее предать гласности описания и чертежи своих перпетуум мобиле - иногда в научных журналах, а чаще - в брошюрах или книгах, издававшихся за собственный счет. Таким способом они пытались убедить окружающих и в первую очередь самих себя, что именно им наконец-то удалось решить проблему вечного движения.
  Несколько последующих описаний вечных двигателей взяты из небольшой брошюры Ф. Прахаржа «Как я искал и нашел перпетуум мобиле», изданной в Праге через четыре года после окончания первой мировой войны. Чтобы читатель получил полное представление о стиле и уровне работ такого типа, авторские описания и рассуждения умышленно приводятся в дословном изложении.
  «Машина, изображенная на чертеже (рис. 104), появилась на свет 25 апреля 1922 г. Окружность на чертеже представляет собой разрез вращающегося цилиндра или барабана, в нижней части которого до уровней r₁, и r₂ налита ртуть. В левой половине цилиндра между уровнями, r₁ и v над ртутью находится вода. От ртути, налитой в правой половине, вода отделена прочной неподвижной перегородкой S, закрепленной на невращающемся валу. На этот же вал насажен и может вращаться на нем вышеупомянутый цилиндр (барабан); причем это происходит так, что его торцы, вращаясь, скользят вблизи самых краев перегородки S, снабженных уплотнениями, например, из кожи, которые вода плотно прижимает к движущимся торцам; этим предотвращается проникновение воды в другую половину барабана.

Теперь мы имеем слева воду и ртуть, справа - одну только ртуть, причем эти жидкости по закону о сообщающихся сосудах уравновешиваются, т. е. столб воды над общим уровнем r₁-r₁ по высоте оказывается в 13,6 раза больше, чем столб ртути от r₁ до r₂ Однако количество воды в левой части гораздо больше чем в 14 раз превосходит имеющееся справа количество ртути, потому что столб воды между боковой поверхностью цилиндра V-r₁ и пунктирной прямой v-r₁ в доброй своей половине ничем не уравновешен. Поскольку перегородка S неподвижна, а барабан может вращаться, то из-за указанного перевешивания воды должно иметь место вращение барабана в направлении против часовой стрелки».
  Далее автор развивает идею практического использования своего изобретения:

  «Так или иначе, это очень любопытный и важный случай, особенно, если представить себе, что при радиусе барабана, например, в 1 м и длине его в 10 м на левой стороне можно накопить «перевес» примерно в 10 м³ воды, что равняется весу 10 тыс. кг, или же грузу железнодорожного вагона ...».
  На рис. 105 представлена схема магнитного перпетуум мобиле того же автора. По этому поводу он пишет:

«Для данного случая, а также для других случаев, когда речь идет о подъеме шарика или грузика по наклонному лотку или наклонной плоскости, лучше всего использовать два ряда постоянных магнитов, полярность которых в каждом ряду меняется «через один». Число рядов может быть и иным, однако полярность магнитов обязательно должна чередоваться. Шарик в трубке всегда находится между двумя разноименными полюсами и одновременно попадает в поле третьего магнита, который втягивает его в пространство между собой и противолежащим магнитом, поскольку в направлении своей оси он действует сильнее, чем первый (из тройки) магнит, лежащий перед ним на той же стороне трубки. В зависимости от наклона трубки можно брать все более сильные магниты или располагать их все чаще. Падение шарика сверху происходит под действием противолежащих одноименных полюсов других магнитов или любым другим подходящим способом; вес шарика будет нам при этом славным помощником».

  Рис. 106 иллюстрирует другую схему автоматического магнитного двигателя, который сам Прахарж называл «мотор-парадокс». На спицах вращающегося в вертикальной плоскости колеса укреплены магниты, обращенные одноименными полюсами к центру вращения. В поле этих магнитов на концах спиц размещаются железные грузы. С левой стороны колесо проходит между двумя рядами неподвижных магнитов одинаковой полярности, расположенных в виде полукруга. Как указывает автор, «этим нарушается равновесие колеса, особенно в левом нижнем его квадранте, где магниты действуют в направлении, противоположном силе тяжести, которая иначе была бы одинаковой на обеих сторонах колеса, - именно поэтому колесо будет вращаться по часовой стрелке».

  К магнитным вечным двигателям с перекатывающимися шарами относит автор и перпетуум мобиле, схематически изображенный на рис. 107. В своем труде Прахарж кратко замечает об этом устройстве, что главной его частью является «неподвижная круговая дорожка для шаров, которые должны быть попеременно либо из железа, либо из какого-нибудь немагнитного материала».

В другом, несколько ином проекте он исходит из того же функционального принципа, утверждая: «Поскольку жидкости также бывают магнитными, в частности растворы различных металлов, как, например, железа, никеля, кобальта, марганца, платины и т.д., то из магнитного перпетуум мобиле (на рис. 107.- С. М.) можно легко изготовить автоматическую мельницу». При этом, по мысли автора, такая магнитная жидкость, «непрерывно перетекающая из правого колена в левое...», попутно должна была вращать и мельничное колесо. От идеи «вечной» мельницы автор не отходит и еще в одном проекте, который, основываясь на аналогии с приливными волнами, вызываемыми гравитационными силами Луны, он описывает следующими словами:

  «В баке с магнитным раствором устанавливается деревянное мельничное колесо, а с другой его стороны над жидкостью помещается огромный магнит. Ясно, что с этой стороны жидкость вспучится, как поверхность моря под действием притяжения Луны, и будет воздействовать большей подъемной силой на ближнюю часть колеса. Что же цри этом может возникнуть, кроме постоянного вращения колеса?» Еще один проект из категории магнитных вечных двигателей Прахаржа - это магнитоэлектрический мотор, показанный на рис. 108. Вот как автор описывает устройство и работу своей машины:

  «Внешнее кольцо, или венец, состоит из неподвижных постоянных магнитов одинаковой полярности. Внутреннее, вращающееся колесо имеет железные зубья (или же магниты с полярностью, противоположной полярности внешних магнитов), покрытые тонкими железными пластинами, прикрепленными к торцам зубьев с помощью какого-нибудь немагнитного материала.

Сначала магниты статора притягивают зубья, внутреннее колесо поворачивается, и контакты (обозначенные на рисунке точками) замыкают цепь обмотки электромагнита, который намагничивает соответствующую торцевую пластину так, что она образует полюс, одноименный с полюсом статора. Таким образом, каждый зуб оказывается защищенным от притяжения противоположного магнита статора, но притягивается к следующему, расположенному от него наискосок магниту. После этого контакты размыкаются, ток прерывается, и весь процесс повторяется сначала. Так как обмотка состоит из большого числа витков и делается из тонкой проволоки, а все пластины также выполняются тонкими, то ясно, что такая машина вполне может поддерживать свое движение сама...».
  Два следующих примера из книги Прахаржа относятся к группе механических перпетуум мобиле.

Традиционное колесо с откидывающимися грузами на рис. 109 интересно для нас лишь одним - необычным видом элементов, которые автор описывает как «тела неправильной формы, несколько напоминающей шляпу». Устройство же на рис. 110 Прахарж назвал «чудо-колесом»; здесь при его описании мы снова предоставим слово наиболее компетентному лицу, т. е. самому автору проекта:

  «На круглой поверхности каждого плеча колеса привешено по маятнику с грузом, и здесь же укреплен специальный механизм с перекатывающимися по окружности колесиками, двумя рычагами и коленчатой опорой. Один рычаг с грузом прижимает среднее колесико к краю рабочего колеса, другой опирается загнутым концом о верхнюю часть маятника, а коленчатая опора давит на Нижнюю часть маятника вблизи точки подвеса. Этот механизм удерживается в указанном на рисунке положении также и при движении колеса, главным образом за счет трения колесиков... Здесь мы сталкиваемся с достойным удивления случаем, когда собственно движущей силой является трение».
  В качестве последнего примера из брошюры Прахаржа приведем описание двухжидкостного перпетуум мобиле, примерная схема которого представлена на рис. 111. Это описание может служить типичным образцом подхода конструктора-самоучки к решению проблемы вечного движения, образцом стиля его рассуждений и уровня проводимых им экспериментов.

  «Если в свободно вращающуюся круговую дорожку (Так Прахарж называет узкое пространство между двумя коаксиальными цилиндрами.- Прим, перев.) налить ртуть и воду, то поверхности жидкостей займут положения, как это было показано на рисунке. При этом возможны следующие случаи: 1) вода перевешивает ртуть; 2) ртуть перевешивает воду; 3) обе жидкости находятся в равновесии. В первых двух случаях возникло бы постоянное вращение всего цилиндра вправо или влево - это сразу дало бы нам перпетуум мобиле. Однако наиболее правдоподобным представляется третий случай. Я пытался докопаться до истины разными способами и расчетами. Один из них заключался в том, чтобы наливать жидкости разной плотности на одно и то же количество ртути. На стороне ртути при этом не произойдет никаких изменений, в то время как на другой стороне центр тяжести жидкости будет тем выше и дальше, чем легче окажется наливаемая жидкость, - но ведь равновесие должно иметь место в любом случае!...
  Другие способы исследования показаны на чертеже (рис. 111.-С. М.). Сначала в цилиндр наливаем столько воды и ртути, чтобы их общая поверхность оказалась на уровне нижней тонкой линии, а ртуть справа доходила бы до верхней тонкой линии. После этого часть ртути над их общей поверхностью отольем и дадим жидкости устояться. Что же произойдет? Вода переместится ниже (на рисунке на высоту V, что составляет 3/2 для меньшей окружности с радиусом 1/2) и оттеснит оставшуюся ртуть так, что она поднимется до верхней толстой линии. При этом центр тяжести воды, находившийся до этого правее и выше точки 1, теперь окажется строго в точке 1, т. е. вода действует теперь несколько сильнее, чем ранее...»

  Далее, пытаясь все-таки создать требуемое неравновесие сил, автор, судя по всему, обращается к законам капиллярного поднятия жидкостей, вспоминая, что

  «...ртуть поднимается по металлу, как вода по стеклу (по наблюдениям Гей-Люссака, вода между двумя вертикальными пластинками, находящимися на расстоянии 1,069 мм, поднимается до высоты 13,574 мм)... Для усиления этого эффекта нужно взять вместо колеса барабан с рифленой внутренней поверхностью и с несколькими продольными и поперечными цилиндрическими перегородками (т. е. с несколькими внутренними коаксиальными цилиндрами - Перев.). При этом между каждыми двумя цилиндрами... ртуть поднималась бы вправо и вверх, например, на 1 см, что из-за большого веса ртути давало бы справа перевес в 1/4, 1/2 или более килограммов в зависимости от размеров барабана».

  Библиотеки и архивы разных стран содержат великое множество подобных инструкций по изготовлению вечных двигателей. Они отличаются друг от друга лишь большей или меньшей степенью наивности и горячности, с которой авторы пытаются обосновать или даже «доказать» реальность своих проектов. При этом упорство, проявляемое ими в попытках решить проблему вечного движения, оказывается иногда воистину достойным удивления: взять хотя бы автора брошюры, из которой мы заимствовали последние примеры, - ведь он признается, что занимался построением перпетуум мобиле целых тридцать два года!