Вечный двигатель

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 perpetuum mobile 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. 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 perpetuum mobile 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 схеме ниже.

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 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 perpetuum mobile выступает неделимое целое, составленное из самого вагона и конусообразных колес.

Остроумный проект «самокатной подземной железной дороги между Санкт-Петербургом и Москвой»

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 минуты 12 секунд. 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 Санкт-Петербургом, Париж 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 perpetuum mobile , показанный на этом рисунке

 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, 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.

Вместе с тем появлялись и  такие конструкции самодвижущихся устройств, крайнюю сложность которых  их создатели вовсе не считали серьезным препятствием в их надежной работе. Показанный на этом рисунке perpetuum mobile , построенный в 1912 г. Рудольфом Гаунером, принадлежит к немногочисленным экспонатам такого рода, хранящимся в собрании Национального технического музея.

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 тросов 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 perpetuum mobile как единственный пример составного вечного двигателя.

Из более подробного анализа  работы perpetuum mobile 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.

Появлялись в нашем столетии и мнимые вечные двигатели, которые  мы уже рассматривали в разделе «Мнимые perpetuum mobile ». 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 «perpetuum mobile » 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 perpetuum mobile 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. Они старались как можно быстрее предать гласности описания и чертежи своих perpetuum mobile — 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 perpetuum mobile », изданной через четыре года после окончания первой мировой войны.

«Машина, изображенная на данном чертеже, 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 1м 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 схеме ниже представлена схема магнитного perpetuum mobile того же автора.

По этому поводу он пишет:

«Для данного случая, а также  для других случаев, когда речь идет о подъеме шарика или груза  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».

Чертеж ниже 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 пишет 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 perpetuum mobile , схематически изображенный на схеме ниже.

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 perpetuum mobile (на схеме веше) можно легко изготовить автоматическую мельницу».