Возможен ли вечный двигатель?

Английский сатирик Джонатан Свифт в описании путешествий Гулливера высмеивает широко распространенное в начале XVIII века в Англии увлечение различными химерическими несбыточными проектами быстрого обогащения, известными под именем «Мыльных пузырей». Гулливер, попав на летающий остров Лапутию, осматривал механизм, позволяющий перемещаться этой стране — острову в пространстве по любым направлениям, на любой высоте. Механизм находился в центре острова и состоял из большого магнита, закреплённого на алмазной оси. В зависимости от угла наклона магнита, взаимодействующего с магнитным полем Земли, и происходило перемещение Лапутии в том или ином направлении.

Описание невероятного двигателя лапутян, подобного вечному двигателю, послужило Д. Свифту средством усиления его сатиры. Однако в «Ежегоднике французского оккультизма» за 1908 год предлагалось самым серьёзным образом использовать магнитное поле Земли как неисчерпаемый источник энергии.

5. Несколько недоразумений

Помимо изобретателей, стремившихся сконструировать вечный двигатель без каких-либо теоретических соображений, встречались и такие, которые теоретически доказывали возможность вечного двигателя. Были и такие, которые, не разобравшись в действии какого-либо прибора, утверждали, что это вечный двигатель. Вот несколько примеров.

Немецкий физик, иезуит, Атаназиус Кирхер (1602–1680 гг.) обосновывал возможность вечного двигателя следующим образом. Он клал рычаг на призму и уравновешивал его одинаковыми грузами (рис. 27).

Рис. 27. К доказательству Атаназиуса Кирхера возможности вечного двигателя.

Затем, уменьшив вес одного груза и передвинув его дальше от опоры, он снова добивался равновесия рычага. После такого опыта он утверждал: происходит удивительное явление — меньшая сила уравновесила большую. Значит, достаточно лишь умело скомбинировать систему рычагов, и вечный двигатель готов.

Однако это «открытие» Атаназиуса Кирхера не помогло разрешить задачу создания вечного двигателя. Наоборот, он сильнее запутал и без того неясный в то время вопрос.

В чём ошибка А. Кирхера?

Дело в том, что Кирхер принимал во внимание только величину силы. Он не учитывал условий, в которых она действует на тело. Он не учитывал работу, совершаемую этой силой при перемещении тела. Перемещение тел в пространстве — механическое движение — возникает и изменяется в результате воздействия одних тел или системы тел на другие. Оно характеризуется физической величиной, которая носит название силы.

В физике за единицу силы принята дина. Это такая сила, под действием которой тело с массой в 1 г приобретает ускорение в 1 см/сек². В технике за единицу силы принята значительно большая величина. Она равна той силе, с которой притягивается к земному шару на широте Парижа и на уровне моря гиря, являющаяся образцом (эталоном) массы в 1 кг.

Итак, тело перемещается под действием силы.

Известно, что — человек не может поднять одной рукой груз в тысячу килограммов. Но вот при помощи рычага он это сделает легко (рис. 28).

Рис. 28. Рычаг и действие сил.

На рисунке мы видим, что, приложив к длинному концу рычага силу в сто килограммов, можно поднять груз весом в одну тонну. Произошёл выигрыш в силе.

Известно, что в случае применения рычага действует «золотое правило механики». Оно гласит: выигрыш в силе сопровождается потерей в длине перемещения. Это мы видим на примере с поднятием груза в 1000 кг силой 100 кг. Груз в 1000 кг оказался поднятым на высоту 5 см, в то время как сила 100 кг переместилась на расстояние, в десять раз большее. Перемещая груз, мы совершаем работу.

Работа измеряется килограммометрами (кгм) и представляет произведение силы на пройденный путь. Предположим, что груз в 1000 кг поднят на высоту 0,05 м. Это значит, что совершена работа 50 кгм.

Сила 100 кг переместилась на расстояние 0,5 м, следовательно, работа, которая совершена при этом, равна 50 кгм (рис. 28). Значит, чтобы поднять тонну груза на 0,05 м, требовалось в нашем примере переместиться силе в 100 кг на 0,5 м.

Познакомившись с некоторыми сведениями из механики, мы сможем понять ошибку Атаназиуса Кирхера, состоящую в том, что он рассматривал действие силы на рычаг, а не работу, совершаемую силой слева и справа от опоры рычага.

В примере, который приводил А. Кирхер (рис. 27), работа справа и слева от опоры равна между собой. Следовательно, система находится в равновесии.

Были случаи, когда по недоразумению вечными двигателями считали приборы, работающие на самом деле от источника энергии. Например, в начале XX века, когда было изучено явление радиоактивности, английский учёный Стретт (Д. У. Рэлей) изобрёл радиевые часы. Другой учёный — цюрихский физик Грейнахер, несколько видоизменив их, утверждал, что это радиевый вечный двигатель.

Этот двигатель состоял из герметически запаянной стеклянной колбы, в которой укреплена трубка, содержащая радиевую соль (рис. 29).