На главную


Механические перпетуум мобиле

  В предыдущих главах мы подробно рассмотрели самые ранние образцы вечных двигателей Бхаскары, Вийяра, Леонардо да Винчи и других изобретателей. Во всех этих машинах движущей силой являлась сила земного тяготения, а принцип их действия основывался на известной теореме моментов, справедливость которой для случая рычага была доказана еще Архимедом.
  Приведем еще несколько примеров. Так, известный механик середины XVII в. Эдуард Сомерсет, маркиз Вустерширский, в свои пятьдесят лет решил на удивление всем заняться постройкой перпетуум мобиле доселе невиданных размеров. Честолюбивые намерения этого достопочтенного и преданного короне дворянина нашли полную поддержку у его государя Карла I. Старый лондонский Тауэр стал свидетелем грандиозных приготовлений. Вместе со своими помощниками маркиз соорудил огромное колесо диаметром более 4 м с размещенными по его периметру 14 грузами весом по 50 фунтов каждый. К сожалению, в сообщениях об этом широко разрекламированном опыте, при котором присутствовал сам король со своим двором, о результатах экспериментов подробно не говорится. Известно лишь, что к этому своему опыту Сомерсет никогда более не возвращался; позднее он занимался строительством парусного экипажа и другими смелыми по тому времени проектами.
  Некоторое видоизменение машины Сомерсета представляет собой перпетуум мобиле, показанный на рис 14; откидывающиеся грузы заменены в нем шарами, свободно перекатывающимися в клиновидных камерах, прикрепленных к ступице колеса. Автор проекта исходил из предположения, что шары, подкатившиеся к внешнему краю колеса, будут обладать большим силовым моментом, чем шары, находящиеся в суженной части камер вблизи его оси.

  Примерно в то же самое время, в первой половине XVII в., известный астроном и член ордена иезуитов Христофор Шейнер сделал важное открытие - он обнаружил пятна на поверхности Солнца. Однако для нас более интересным представляется его сочинение «Комментарий к основаниям гномоники», изданное в Инголыптадте в 1616 г. В нем автор описывает оригинальную идею еще одного перпетуум мобиле, которому он дал громкое название «шейнеров гномон в центре мира». Схема этого вечного двигателя изображена на рис. 15. Постоянное движение гномона (Гномон-древнейший астрономический инструмент - вертикальный столб на горизонтальной площадке, служивший для измерения момента полдня и направления полуденной линии (т. е. меридиана) в данном месте. - Прим, перев.) Шейнер обосновывал следующим образом. Произвольная точка, выбранная в качестве центра мира, одновременно будет являться и центром гравитации. Если раскрутить рычаг с перпендикулярно установленным на одном его конце гномоном так, чтобы свободный конец рычага проходил через этот центр гравитации, вся система придет в непрерывное вращение, потому что сила, притягивающая гномон с рычагом к центру гравитации, будет одинаковой во всех точках траектории.

  Идея Шейнера сразу ж вызвала многочисленные возражения современников. Так, собрат Шейнера по ордену иезуитов астроном Джиованни Баптиста Риччиоли утверждал, что гномон моментально упадет в центр гравитации по наикратчайшему пути. Другой математик того времени Марио Беттино не без иронии заявил: «Да, это будет перпетуум, но не мобиле, а покоя!»
  Хотя Галилей и не был приверженцем идеи перпетуум мобиле, один из его учеников - Клеменс Септимус попытался построить вечный двигатель, подобный тому, что представлен на рис. 16. У этого устройства вместо обычных грузов в плотно закрытом с концов цилиндрическом барабане вращалась плоская непроницаемая лопатка, разделявшая два вещества различной плотности. Одна половина цилиндра, FAG, наполнялась ртутью или водой, другая, FBG,- маслом или воздухом (т.е. более легким веществом, - Перев.). Работа этого устройства предполагалась следующей. Поскольку на CA действует больший вес ртути, то плечо рычага перейдет в положение DE, а центр тяжести окажется в некоторой точке D), лежащей между А и С. Так как ртуть несжимаема и вместе с тем она не может проникнуть в другую половину цилиндра, то весь барабан начнет вращаться в направлении G. Но вследствие этого движения центр тяжести системы опять переместится в исходное поеожение, и все повторится сначала. На основе построенной таким образом функциональной схемы Клеменс пришел к выводу, что данный перпетуум мобиле сразу же после его изготовления должен прийти во вращательное движение и оставаться в этом состоянии вечно без какого-либо подвода энергии извне.

  Против ошибочных взглядов Клеменса Септимуса выступил его друг итальянский физик Альфонсо Борелли. В опубликованном в 1670 г. трактате «О естественном движении и подвешенных грузах» он подробно описывает машину Клеменса, категорически отрицая возможность ее работы.
  С циклическим движением шаров по замкнутому пути мы уже сталкивались в вечных двигателях Марграфа и Гролье. Несколько иной внешний вид имеет перпетуум мобиле Вильгельма Шреттера, изображенный на рис. 17. Источником движущей силы здесь является, с одной стороны, совокупность шаров, обращающихся в системе колёс К, расположенных в камерах А и В, а с другой - система трех рычагов X, Y, Z. с грузами на концах. Оба этих механизма связаны зубчатой передачей, размещенной в левой части корпуса - в камере С.

  Каспар Шотт в своем сочинении «Достопримечательности техники», увидевшем свет в 1664 г., помимо вполне традиционных проектов вечных двигателей описывает построенный Иоганном Иоахимом Бехером так называемый физико - механический вечный двигатель, специально для которого курфюрст Майнца Ханс Филипп Шенборн в 1660 г. приказал возвести отдельную каменную башню. У этого перпетуум мобиле, схема которого воспроизведена по чертежу того времени (рис. 18), циклическое движение шаров не являлось основой для отсчета точных временных промежутков, - просто сами эти шары служили в качестве грузов, обеспечивавших постоянно действующую силу, необходимую для приведения в ход отдельного хронометрического устройства. В зависимости от передаточного отношения системы зубчатых колес АВС такие часы могли идти Целые недели или даже месяцы, поскольку колесо D под действием веса каждого шара поворачивалось всего лишь на 1/8 полного оборота. После этого данный шар попадал во вращающийся барабан E; одновременно из верхней части барабана выпускался другой шар, который катился по направляющему желобу, вновь приводя в действие часовой механизм. Весь этот процесс скатывания и возвращения шаров в исходное положение управлялся сложной системой зубчатых колес и рычагов, которые приводились в движение силой падающей с башни воды. Сам Шотт в комментариях по поводу работы машины Бехера высказывал сомнение, что подобное устройство могло бы работать как перпетуум мобиле, утверждая, что в земных условиях вообще невозможно обеспечить вечное движение. То же самое писал о своих опытах и сам Бехер: «Десять лет я занимался этим безумием, потеряв кучу времени, денег и погубив свое доброе имя и славную репутацию - все это лишь для того, чтобы сегодня с полной убежденностью сказать: вечное движение (motus perpetuus) - неосуществимо».

  С механизмами, аналогичными схеме непрерывного движения шаров по замкнутому пути, мы встречаемся в целом ряде хронометрических устройств. Одну из таких попыток, хотя и относящуюся к сравнительно недавнему времени, иллюстрирует рис. 19. Правда, из-за своей сложности и неуклюжести подобные механизмы производят в целом весьма необычное впечатление, и поэтому не удивительно, что между изобретателями перпетуум мобиле такого типа всегда возникала масса споров о приоритете и об оригинальности самой конструкции.

  В 60-х годах XVIII в. интересный вариант перпетуум мобиле с неуравновешенными шарами предложил некий Ульрих из Гранаха. Из рис. 20 видно, что для подачи шаров к верхней части ведомого колеса автор использовал архимедов винт, т. е. элемент, с которым мы встречались еще у Леонардо да Винчи.

  Вечные двигатели с неуравновешенными шарами имели много разновидностей. В большинстве случаев принцип их действия оказывался по существу одинаковым, а доставка шаров обратно в исходную точку их траектории осуществлялась различными способами. Так, в перпетуум мобиле, изображенном на рис. 21, шары поднимаются наверх с помощью бесконечной ленты с черпаками. А согласно рис. 22, где представлена схема вечного двигателя Джорджа Ливтона из Мидлсекса, шары, увеличивающие крутящий момент всей системы, переносятся наверх на концах гибких шарнирно-сочлененных рычагов. При этом перемещение шаров в верхнее положение, как видно из рисунка, осуществляется с помощью самих рычагов.

  О том, сколько внимания уделялось изобретателями вечным двигателям с неуравновешенными шарами, свидетельствуют рисунки, взятые из иллюстрированного дополнения к рукописи Ханса Хольтцхамера (1602 г.), хранящейся в Государственной технической библиотеке в Праге (рис. 23 - 31).

  Авторы большинства механических перпетуум мобиле, приводившихся в действие силой тяжести, либо обращали маловнимания, либо вообще пренебрегали влиянием пассивных сил, которые были главной причиной неудач их экспериментов. В определенном смысле исключением является схема вечного двигателя, представленная на рис. 32. Пытаясь устранить нежелательные силы сопротивления, создатель проекта предложил, чтобы из камеры, в которой шар двигался без трения по «идеально» гладкой поверхности, полностью откачивался воздух. Другим важным условием успешной работы этого устройства являлась, по мнению автора, «абсолютная» упругость шара.

  В следующем примере, заимствованном из того же источника, движущим элементом перпетуум мобиле вновь является сила тяжести. Правда, при первом взгляде на рис. 33 вам не может не показаться, что этот вечный двигатель несколько великоват: ведь главная его часть - это вся наша Земля с просверленным насквозь от полюса к полюсу прямым каналом, герметически закрытым с обоих концов. По представлению изобретателя, массивный шар, изготовленный из достаточно плотного материала, должен колебаться от одного конца канала к другому сколь угодно долго. Точно так же, как и в устройстве, показанном на рис. 32, одним из условий функционирования подобной схемы автор считает наличие вакуума в рабочем пространстве канала.

  В заключение этого краткого обзора наиболее часто встречающихся типов механических вечных двигателей приведем еще два интересных примера. Принцип действия первой из этих машин (рис. 34) по внешнему виду необычайно прост: разница в весе между более длинной частью ремня, проходящей между промежуточными роликами, и его прямой, вертикальной частью, обеспечивает неравенство сил, служащее причиной постоянного движения всей системы. Подобный тип перпетуум мобиле был, по - видимому, прежде необычайно популярен, поскольку он часто встречается в литературе во многих вариантах (с ремнями, цепями и т. п.).

  Еще один перпетуум мобиле, состоявший из звездчатого колеса с восемью рычагами (рис. 35), имел дополнительно четыре пары взаимно соединенных мехов. Связь между противоположными мехами осуществлялась с помощью полых трубчатых рычагов, наполовину заполненных ртутью. Прикрепленные к мехам грузы при повороте колеса поочередно сжимали и разжимали меха, при этом ртуть внутри рычагов переливалась так, что возникавшее в результате неравновесие сил приводило всю систему в режим постоянного вращения.

  Многочисленные попытки создания перпетуум мобиле, приводимого в действие силой тяжести различных масс в виде откидных рычагов, неуравновешенных шаров и т. п., с самого начала исходили из неверного предположения о том, что для приведения такой машины в непрерывное движение достаточно сместить центр тяжести ее вращающейся части (колеса, рычагов и т. д.) из положения равновесия, т. е. сдвинуть его с оси вращения. Это ошибочное понимание закона тяготения, по всей видимости, имело своими главными причинами несколько консервативный взгляд на статику тел, а также почти полное отсутствие опыта практического применения новых законов динамики, установленных Галилеем.
  До сих пор при исследовании эволюции идеи перпетуум мобиле мы продвинулись не слишком далеко, сумев подробно рассмотреть лишь механические вечные двигатели, приводившиеся в действие гравитационными эффектами. Колеса, молотки, шары, противовесы, цепи, ремни, рычаги, зубчатые передачи - вот главные детали того «конструктора», из которого собирали элементы своих фантастических машин изобретатели тех времен. При этом большинство из них было абсолютно убеждено в глобальной справедливости своей идеи, или же, по крайней мере, проникнуто твердой верой в нее. В самом деле, вряд ли можно найти человека, который занимался бы постройкой какой - нибудь машины, специально задавшись целью доказать ее бессмысленность.
  И все же в истории перпетуум мобиле такой случай имеется. Член английского Королевского общества механик и астроном Джеймс Фергюсон в качестве протеста против все умножавшихся проектов новых вечных двигателей, в бессмысленности которых он нисколько не сомневался, построил модель перпетуум мобиле, показанную на рис. 36. По внешнему виду эта модель мало чем отличалась от описанных выше устройств. Правда, в дополнение к откидывающимся грузам на концах звездообразно расположенных рычагов Фергюсон использовал еще набор грузов, передвигавшихся в особых каретках в направлении касательной к окружности вращения и перпендикулярно соответствующему рычагу. Одновременно перемещение грузов с помощью совокупности специальных блоков и тросиков связывалось с движением откидывающихся рычажков; при этом каждый рычажок соединялся тросиком с тем грузом, который отстоял от него по окружности на 90° в направлении движения часовой стрелки. С помощью подобной взаимной комбинации исходных элементов Фергюсон намеренно хотел усилить действие исследуемой машины, чтобы, если все попытки привести ее в движение окажутся безуспешными, наглядно показать, что идея перпетуум мобиле целиком принадлежит царству фантазии. Весьма вероятно, что модель Фергюсона была не единственным выступлением против самой сущности идеи вечного двигателя, поскольку с критикой разных типов этих машин мы встречаемся и в целом ряде других сочинений того времени.

  Отметим, что, пожалуй, никто из изобретателей перпетуум мобиле не задавался более легкой задачей, чем Фергюсон: ведь для своего эксперимента он мог выбрать любую машину своих противников, будучи заранее уверенным, что его попытка доказать невозможность вечного двигателя непременно окажется успешной.


предыдущая страница

оглавление

следующая страница