Вечные двигатели. Почему они невозможны

ВВЕДЕНИЕ

«Вечным двигателем» называется такая воображаемая машина, которая, не заимствуя энергии извне, действовала бы безостановочно и совершала бы при том некоторую работу. Машина, которая поддерживала бы безостановочно только свое собственное движение, не производя никакой добавочной работы, не являлась бы «вечным двигателем» в строгом смысле этих слов.

Осуществить «вечный двигатель» невозможно — это противоречило бы законам природы. Нельзя создавать энергию ни из чего: энергия не создается, а лишь преобразуется из одного вида в другой. Таков основной закон всего естествознания, закон сохранения энергии, открытый в середине прошлого столетия Юлием Робертом Майером (стодвадцатипятилетие со дня рождения которого истекает в 1939 г.).

Проследим, например, за пулей, пущенной вверх. Сопротивление воздуха и сила тяжести задерживают ее полет: пуля постепенно замедляет движение и, наконец, достигнув высшей точки своего пути, истощает всю свою скорость. Но исчезает ли при этом энергия пули, т. е. ее способность производить работу? Нет, потому что, во-первых, воздух, сдавливаемый летящей пулей, нагревается сам и нагревает пулю. Энергия движения пули частично переходит в тепловую энергию. Во-вторых, поднятая вверх пуля может теперь совершить при своем падении большую работу, чем когда она находилась внизу: ее «энергия положения» возросла. Мы видим, что запас энергии, первоначально сообщенный пуле, не исчез; он лишь преобразовался частью в тепловую энергию (воздух и пуля нагрелись), частью и энергию положения. — Будем следить за пулей дальше. Достигнув высшей точки своего подъема, она начинает падать с возрастающей скоростью. Но энергий ее движения не создается при этом ни из чего: она получается здесь за счет уменьшения энергии положения, так как при падении с меньшей высоты пуля способна произвести и меньшую работу. Во время движения пули вверх и вниз первоначальный запас ее энергии меняет свою форму, но количественно остается неизменным. Так же происходит и во всех других случаях кажущегося исчезновения и появления энергии.

Закон сохранения энергии не имеет ни одного исключения. Всякий раз, когда мы встречаемся с явлением, повидимому, противоречащим этому закону, при более внимательном рассмотрении обнаруживается ошибка в наблюдении или в рассуждении. Все проекты вечных двигателей, придуманные многочисленными изобретателями, заключают в себе какую-нибудь ошибку. Тем не менее, число искателей вечного двигателя еще и в настоящее время довольно велико. Не так давно была даже сделана в США бесплодная попытка осуществить вечный двигатель в промышленности; проект состоял в использовании энергии жидкого воздуха для приготовления другой порции жидкого воздуха в таком же количестве. Предприятие, разумеется, кончилось полным провалом.

В нашей книжечке описан десяток типичных проектов «вечного двигателя» и показана их несостоятельность. Разбор примеров мнимых «вечных двигателей» может предостеречь иных читателей от бесплодных попыток обойти закон сохранения энергии.

Для понимания дальнейшего полезно остановиться предварительно на рассмотрении одного вопроса. Разберем, при каких условиях тело, могущее вращаться вокруг оси, придет во вращение под действием нескольких сил. Пусть (см. рис. стр. 6) к диску, насаженному на ось О, подвешены в точках а, b, с, d грузы А, В, С, D. Повернется ли диск и, если повернется, то в какую сторону?

Чтобы узнать это, нужно — учит механика — вычислить так наз. «моменты» действующих на диск сил. Это значит, что надо найти произведение величины каждой силы на расстояние ее направления от оси вращения. В нашем случае:

момент силы А = А × Oa₁

      "         "    В = В × Ob₁ и т. д.

Если сумма моментов всех сил, стремящихся повернуть диск вправо, равна сумме моментов сил, поворачивающих его влево, то — как учит механика, — диск вращаться не будет. Если же такого равенства нет, диск будет вращаться под действием избытка моментов сил.

Эти соображения понадобятся нам при разборе некоторых проектов мнимых вечных двигателей.

1. Колесо с грузами

При вращении этого колеса рычаги с грузами сами откидываются, занимая в левой половине колеса такое положение при котором грузы удалены от оси больше, чем в правой половине.

По мнению изобретателя, левая сторона колеса должна всегда перевешивать правую; поэтому колесо будет непрерывно вращаться в направлении стрелки и может служить неисчерпаемым источником энергии.

Что же произойдет с этим колесом в действительности?

2. Колесо с перекатывающимися шарами

Тяжелые шарики, свободно перекатывающиеся в прорезах этого колеса, располагаются в правой его половине дальше от оси, нежели в левой; так будет при любом положении колеса.

Изобретатель полагает поэтому, что такое колесо должно непрерывно вращаться в направлении стрелки и может служить неисчерпаемым источником энергии.

Что же в действительности будет происходить с таким колесом?

3. На наклонных плоскостях

Через трехгранную призму перекинута цепь из тяжелых шаров, свешивающаяся внизу гирляндой.

Мы видим, что цепь тянут в левую сторону своим весом 4 шара, в правую — 2 шара Можно ожидать поэтому, что вся цепь будет увлекаться избытком силы в непрерывное движение и может служить неисчерпаемым источником энергии.

Что же в действительности произойдет с этой цепью?

4. Самодвижущаяся цепь

В правой части этого механизма цепь длиннее и потому тяжелее, чем в левой.

Изобретатель полагает, что правая часть цепи будет всегда перевешивать левую; эта причина обусловить непрерывное движение цепи и колес в направлении стрелок, создав неисчерпаемый источник энергии.

Что же произойдет с цепью в действительности?

5. Самодействующая водокачка

Ведра на концах коромысла АВ, достигая попеременно дна верхнего бассейна, автоматически наполняются водой; опустившись же до уровня нижнего бассейна, они задевают за шесты С и D и опоражниваются. Этим поддерживается качание коромысла.

Вода, выливающаяся из ведер, возвращается в верхний бассейн насосами E и F, которые приводятся в действие качанием коромысла. По мнению изобретателя, такая установка должна работать безостановочно и может служить неисчерпаемым источником энергии.

Что же в действительности произошло бы с подобной установкой?

6. По закону Архимеда

В стенке сосуда с жидкостью вставлено на оси колесо так, что жидкость не может просачиваться между колесом и стенкой. Часть колеса, находящаяся в жидкости, должна быть, по закону Архимеда, легче той части, которая находится вне сосуда.

Изобретатель полагает, что так как наружная половина колеса при всех его положениях будет тяжелее, чем погруженная, то колесо должно находиться в непрерывном вращении и может служить неисчерпаемым источником энергий.