Вечный двигатель (perpetuum mobile, perpetual motion machine) – устройство, основанное на механических, химических, электрических или иных физических процессах. Будучи запущенным единожды, он сможет работать вечно и остановится только при воздействии на него извне.

Археологические изыскания выявили, что в Древней Греции идея бесконечного движения не вызывала особого интереса. Знания греческих инженеров и ученых о механике были довольно обширны, об этом свидетельствуют некоторые находки ( например, механизм Герона ). Естественных источников силы, как, например, водяных колес и труда рабов, было достаточно для нужд Греции. Конструкторская изобретательность была, в основном, направлена на создание механических игрушек и храмовых автоматов, создающих иллюзию самостоятельного движения. Было найдено всего несколько текстов летней давности с упоминанием вечного двигателя. На Востоке же идея вечного двигателя была распространена широко. Первое упоминание о вечном двигателе, сконструированным индийским математиком и астрономом Брахмагупта (Brahmagupta) относится к 624 году н. э. В своем труде «Brahmasphutasiddhanta» он описал вечный двигатель так : « Сконструировать из светлых пород дерева колесо с полыми равномерно распределенными спицами, заполнить спицы до половины ртутью и запечатать, поместить колесо на горизонтальную ось. В части спиц ртуть будет подниматься вверх, а в остальных спускаться, обеспечивая непрерывное движение ».

Лалла (Lаlla), другой индийский астроном, в 748 году написал трактат «Sisyadhivrddhida Tantra», описывающий схожий механизм, отличающийся только формой полых спиц.

Около 1150 года очередной индийский математик и астроном Баскара (Bhaskara) в труде «Siddhanta Siromani» описал механизм с полыми трубками, расположенными по окружности колеса. Он писал: «Эта машина вращается с большой силой. Потому что ртуть с одной стороны ближе к оси, чем с другой». Очевидно, он думал, что такая конструкция постоянно выводит систему из равновесия, поддерживая вечное движение. Считается, что он так и не испытал свое устройство (как, впрочем, и многие другие изобретатели вечных двигателей).

Начиная с 12 века основные принципы конструкции вечного двигателя модифицировались и объединялись, чтобы в конечном итоге стать частью истории технологий. Даже сегодня некоторые изобретатели обращаются к этим « несбалансированным колесам ». Описанные конструкции несли в себе не только технический, но и религиозный, и философский смысл, как бы олицетворяя бесконечную смену времен года и реинкарнацию, поэтому многие храмы использовали эти символы. А сами вечные двигатели такой конструкции получили название индийских ( в другой трактовке персидских или арабских ).

В Средние века около 1235 года архитектор Виллар де Оннекур (Villard de Honnecourt) заинтересовался идеей вечного двигателя и был озадачен неудачами своих современников. Чтобы показать их невежество, он нарисовал простую, но весьма оригинальную машину. Ее непрерывное движение обеспечивалось за счет нечетного количества подвижных увесистых молотков, прикрепленных к ободу колеса. Рассуждения Виллара довольно просты. Он ошибочно полагал, что всегда с одной стороны оси будут находится четыре молотка, а с другой три, создавая постоянный дисбаланс. Он не осознавал, что система в целом будет стремиться к статическому равновесию, когда с каждой стороны будут находиться по три молотка и один внизу. Поучительно, что и сегодня некоторые попадаются в эту ловушку.

В эпоху Возрождения интерес к вечному двигателю был поистине огромен. Например, большое количество чертежей с описанием конструкции вечного двигателя было сделано архитектором Франческо ди Джорджио (Francisco di Georgio). Один из довольно неплохих вариантов мы видим на рисунке. Это гидроприводная мельница с дополнительной помпой. Машина использует непрерывную циркуляцию воды (рециркуляционная мельница). Поскольку извне вода не поступает, то такие механизмы иногда называют aqua morta, то есть «мертвая вода». Падающая вода запускает большое вертикальное колесо, которое посредством зубчатой передачи приводит в движение мельницу. Чтобы поднять воду вверх используются коленчатый вал и два рычага, скрепленных с осью колеса, приводящих в движение две помпы с цилиндрическими поршнями.

В 1618 году английский физик и мистик Роберт Фладд (Robert Fludd) описал рециркуляционную мельницу, которая поднимает воду с помощью цепного насоса. Правда позже, видно поняв свою ошибку, он отказался от своего вечного двигателя, приписав его итальянским изобретателям.

Машины Джорджио, несомненно, были известны Леонардо да Винчи, интересовавшимся всеми механизмами, в том числе и движущимися бесконечно. До наших дней дошли часть его чертежей с изображением рециркуляционных мельниц с архимедовыми винтами. Он также описал сложные механизмы с заполненными ртутью полостями. В Немецком музее (Deutsches Museum) в Мюнхене имеется реконструкция его машины. Не смотря на то, что во времена да Винчи закон сохранения еще не был известен, гениальный изобретатель очень близко подошел к его идее. Он писал : « Падающая вода может поднять такое же количество воды … но мы должны учесть и потери силы на трение ». Известны и наброски чисто механических вечных двигателей да Винчи, приводимых в движение катящимися шариками. Несмотря на больной интерес да Винчи к самой идее вечного двигателя, он весьма скептически относился к мысли о практическом применении существующих конструкций. В одной из тетрадей великого изобретателя мы видим подтверждения невозможности вечного движения несбалансированного колеса.

Ну и, наконец, стоит сказать об инженере Агостино Рамелли (Agostino Ramelli) ( ), идеи которого актуальны и по сей день. В своем труде «Le diverse et artificiose machine» он описал механизмы, которые использовались уже после смерти их создателя, например, вентилятор. Рамелли был практиком, а потому не увлекся идеей вечного двигателя, поэтому он почти не упоминал о нем в своих трудах. В конструкции придуманной им мельницы есть устройство, оптимизирующее ее работу. И этим устройством является несбалансированное колесо. Однако ниже написано: «Стоит упомянуть, что внутренняя часть колеса сделана мной лишь по просьбе джентльменов, решивших, что водяной поток не слишком быстрый, и это колесо должно помочь» В середине 18 века наконец-то начались полноценные исследования рециркуляционных мельниц. Спустя 250 лет после Леонардо да Винчи официально была доказана их недееспособность. Однако в 1950 году Виктор Шаубергер (Viktor Schauberger) оживил идеи гидроприводного вечного двигателя в своих вихревых турбинах.

Первое упоминание о магнитном вечно движущемся механизме относится к 1269 году. Пьер де Маркурт (Pierre de Maricourt) описал устройство, вращающееся под действием сил притяжения нескольких магнитов. Этот эффект стал понятен гораздо позднее своего открытия, а устройство Маркута оказалось первым компасом. Маркут сам признавал, что созданный им механизм не предназначен для совершения полезной работы, а скорее помогает понять, как планеты движутся по орбитам. Он верил, что магнитный материал, который он обнаружил, был тем самым камнем, который искали алхимики. Как часто случается в науке, в процессе создания чего-либо бессмысленного, обнаруживается нечто, исключительно важное. Создавая модель, якобы описывающую поведение планет, Пьер обнаружил, что тонкие железные проволоки, намотанные на магнитные шарики, выстраиваются вдоль линий, напоминающих воображаемые линии географической долготы. Он смог также обнаружить, что кусочки магнитного железняка, положенные на плавающий брусок, всегда ориентируются в направлении север-юг. Он первым ввел понятие северного и южного магнитного полюса и показал, что магниты противоположных полюсов притягиваются, а одноименных – отталкиваются.

Епископ Джон Уилкинс (John Wilkins), соучредитель Королевского научного сообщества, описал в своей книге простейший магнитный вечный двигатель, предложенный Йоханнесом Таисниерусом (Johannes Taisnierus). Вверху наклонной плоскости лежит магнит, на нем шарик, плоскость имеет два отверстия. Сам Уилкинс же и дал объяснение, почему этот механизм не сможет работать. Почему изначально шарик скатится и пройдет через верхнее отверстие, а не прилипнет к магниту? И почему он должен под действие силы притяжения магнита притянуться вверх, если он не сделал этого, скатываясь? И почему в нижней части наклонной плоскости он должен менять направление?

Если посмотреть на эту схему с точки зрения физики, то окажется, что она не нарушает законов сохранения энергии, но противоречит второму закону термодинамики. m – масса шарика, f1 – сила притяжения магнита в верхней части плоскости, f2 – сила притяжения магнита в нижней части плоскости, fH – тормозящая сила, обусловленная конечным коэффициентом трения, fG – сила притяжения земли.

В 1922 году появился современный вариант вечного двигателя Уилкинса, описанный Прашаром (Prachar), в котором расположенные в ряд магниты заставляют передвигаться в трубе стальной шарик. Идея так и не была реализована.

На рисунке внизу можно увидеть заблуждения самой идеи создания магнитного вечного двигателя. Эта физическая карикатура показывает, как можно реализовать «самодвижущуюся магнитную машину». Уильям Гилберт (William Gilbert), королевский физик при Елизавете I, впервые серьезно занялся изучением магнетизма. В своей известной книге «De Magnete», вышедшей в 1600 году Гилберт официально отверг возможность создания магнитного вечного двигателя.

В трактате Каспара Шотта (Caspar Schott) «Technica Curiosa» 1664 года выпуска можно было найти не только описание сенсационного эксперимента, проведенного Отто фон Герике (Otto von Guericke), но также многочисленные рисунки с описаниями большинства вечных двигателей, сконструированных к середине 17 века, только часть из которых вообще могли работать. Шотт дает в книге описание весьма сложного механизма, созданного Иоганном Иоахимом Бехером (Johann Joachim Becher). Для постройки этой машины, приводящей в действие часовой механизм, был даже возведено здание. Было потрачено много усилий, чтобы заставить машину работать. После нескольких лет, потраченных на бесплодные попытки запустить механизм, Бехер написал: «Десять лет я потратил на эту глупость, я потерял много времени, деньги и репутацию. Теперь я могу с уверенностью сказать, что вечный двигатель неосуществим».

Простейший гидравлический вечный двигатель представляет собой полое кольцо, частично заполненное двумя жидкостями с разными плотностями. Предполагалось, что разность уровня столбов жидкостей создаст силу, которая заставит колесо вращаться. К сожалению, несмотря на разность плотностей, две жидкости будут находиться в статическом равновесии. Следующее устройство еще проще. Деревянное колесо частично погружается в сосуд с водой. Теоретически Архимедова сила выталкивания заставит колесо вращаться. Увы, изобретатель этого устройства не понимал, что вода давит на всю поверхность колеса в направлении, перпендикулярном поверхности, то есть к оси колеса, а не вверх. То есть данная система находится в устойчивом равновесии.

Французский физик Дени Папен (Denis Papin) ( ) был первым, кто придумал первую разумную конструкцию парового двигателя и изобрел скороварку. Он же предложил очень простой вечный двигатель, не имеющий подвижный частей, а значит, и трения. Вечный двигатель должен был работать за счет давления в большом сосуде, поднимающего жидкость в тонкой трубке вверх. Подобную мысль высказывал и Роберт Бойль (Robert Boyle) ( ), который предполагал, что в очень тонкой трубке жидкость может подниматься благодаря капиллярному эффекту. И хотя, обе идеи часто изображают одинаковыми рисунками, принцип их действия совершенно различен. Тем не менее, ни одна, ни другая конструкция не работают. И годы спустя изобретатели все так же пытались использовать силу выталкивания для создания вечного двигателя. На рисунке внизу мы видим один из них. Изобретатель знал, что жидкость в столбах трубки будут находиться в состоянии равновесия. Но он ошибочно полагал, что может использовать неравные массы для поддержания бесконечного движения механизма вне трубки. Трубка содержит две жидкости разной плотности (например, воду и ртуть), находящиеся в статическом равновесии. Шарики в правой части достаточно легкие, чтобы всплывать в обеих жидкостях. Шарик всплывает в левой части трубки, попадает на лопасти колеса и падает в правую часть трубки. Когда шарик падает на столб, он выталкивает нижний шарик. Казалось бы, все логично, однако эта машина не заработает. Интересно почему? Разложите силы и вы поймете это сами.

Английский офицер Уиллиам Конгрив (William Congreve) ( ), размещавший ракеты на поле боя, описал вечный двигатель, работающий за счет капиллярного эффекта в губках. Принцип работы довольно прост: губки слева наполнены водой, а потому тяжелы. Они- то и должны вращать цепь против часовой стрелки. Губки справа поднимаются и растягиваются за счет натяжения цепи. Поскольку вода из них выжимается, то они становятся легче и легче поднимаются. Конгрив подсчитал, что такая конструкция может совершать полезную работу, но ошибся.

Если упомянуть об электрических вечных двигателях, то помимо известных всем радиевых часов, существует еще несколько конструкций. Один из ранних образцов основывался на электрическом разряде, генерируемом двумя элементами Замбони (разновидность сухой батареи). При небольшой мощности, такое устройство могло работать очень долго. На этом принципе было основано много устройств, которые не претендуют на звание вечного двигателя. Эти чувствительные инструменты использовались в лабораториях для проверки электрического заряда. Будучи предварительно заряженными, они получали маленький дополнительный заряд, приводивший их в действие.

Вечные двигатели, использовавшие электрический двигатель, механически соединенный с генератором, были широко распространены и являлись своеобразным эквивалентом рециркуляционных мельниц. Только в одном случае мы имеем дело с потерями на трение, а в другом – на сопротивление.

Кстати, возможно естественные вечные двигатели могут найтись во Вселенной. В астрономии их называют белыми дырами. Являясь антиподами черных дыр, они являются источниками бесконечной энергии и существуют пока, увы, гипотетически. Да и сама Вселенная согласно некоторым теориям ее происхождения может оказаться вечным двигателям. Часть астрономов пропагандируют теорию «пульсирующей Вселенной», согласно которой нам мир расширяется, чтобы затем снова сжаться в точку и взорваться новой Вселенной. И так до бесконечности… Так можем ли мы с полной уверенностью ответить, является ли вечное движение нарушением правил физики или естественным состояние того мира, в котором мы живем?

Над Презентацией работала Ученица 36 школы 10 «А» класса Башмакова Алёна и Коновалова Жанна Спасибо За Внимания!