Возможен ли вечный двигатель?

Английский артиллерист и инженер Вильям Конгрев, живший в 1772–1828 гг., сконструировал вечный двигатель, состоящий из трёхгранной призмы с роликами Г, В, Д на углах и ленты с губками, натянутой вокруг призмы (рис. 11).

Рис. 11. Поплавково-цепной вечный двигатель Вильяма Конгрева (XVIII–XIX века).

Всё это частично погружено в воду.

Изобретатель полагал, что вес губки А увеличится за счёт впитавшейся воды. Вследствие этого нарушится равновесие и лента с губками передвинется… впитает воду губка Б, ставшая на место губки А, лента снова повернётся… и так бесконечно. Чтобы увеличить разницу между весом губки, вышедшей из воды над роликом В и погружающейся в воду у ролика Г, то есть более надёжно обеспечить движение, автор предусмотрел выжимание воды из губок над роликом В посредством грузов, прикреплённых к губкам. Но… двигатель не работал.

Несмотря на то, что этот вечный двигатель не действовал, В. Конгрев получил на него патент.

Нечто подобное «машине» В. Конгрева изобрёл в начале XX столетия минный машинист из Прибалтики К. Кайль (рис. 12).

Рис. 12. Колёсно-цепной вечный двигатель К. Кайля (XX век).

Этот вечный двигатель представляет свободно вращающееся на валу зубчатое колесо А. С зубьями колеса соприкасается цепь, натянутая на трёх роликах. На ней закреплены три груза 1, 2, 3, которые, по мысли автора, и должны являться причиной вечного движения.

К. Кайль предполагал, что грузы 1 и 2, стремясь передвинуться по направлению, указанному на рисунке 12 стрелками, безусловно поднимут груз 3. Вследствие того, что цепь представляет равносторонний треугольник, грузы 1 и 2 постоянно будут стремиться вниз.

Но, несмотря на кажущуюся убедительность мыслей автора и довольно остроумную конструкцию, этот вечный двигатель, так же как и предыдущий, оказался бездействующим.

Чтобы понять причину неудачи, постигшей В. Конгрева и К. Кайля, пытавшихся создать цепные вечные двигатели, обратимся к одной из работ голландского учёного Стевина.

Стевин опубликовал в 1587 году трактат «Начала статики». Во всех своих трудах и работах он неизменно руководствовался принципом невозможности вечного двигателя. Решая, например, задачу о равновесии тел на наклонной плоскости, он использовал чертёж, представленный на рисунке 13.

Рис. 13. К доказательству Стевина закона движения тел по наклонной плоскости (XVI век).

Чем это не вечный двигатель, подобный только что рассмотренным?

Любопытно, что Стевин, заключив этот чертёж в художественно оформленную виньетку, поместил его на титульном листе каждой части своего труда «Начала статики» с надписью наверху: «Чудо и не чудо».

Для решения задачи о равновесии тел на наклонной плоскости Стевин мысленно отрезал всю нижнюю часть цепи по линии АБ (рис. 13). Изобретатель вечного двигателя утверждал бы в этом случае, что четыре шара, лежащих на плоскости ВГ, перетянут три шара, находящихся на плоскости ГД, скатываясь вниз к точке В. Следовательно, и вся цепь, соединённая в кольцо, также будет перемещаться беспрерывно.

На самом деле, на практике, цепь с шарами не перемещалась. Стевин, правильно исходя из невозможности вечного двигателя, утверждал, что сила, действующая на четыре шара, лежащих на плоскости ВГ, не равна их весу. Она, эта сила, во столько раз меньше веса шаров, во сколько высота h подъёма одного конца плоскости ВГ над точкой В меньше длины этой плоскости. То же самое относилось и к трём шарам, лежащим на плоскости ГД, — сила, скатывающая три шара, оказывалась во столько раз меньше их веса, во сколько h меньше длины плоскости ГД. При этом между четырьмя шарами с левой стороны от угла Г и тремя шарами справа действуют равные силы. Следовательно, система находится в равновесии.

Из этого примера видно, что вечные двигатели, подобные использованному Стевином для решения задачи статики и трём только что рассмотренным, также не способны к действию.

3. Вопреки законам гидромеханики и молекулярной физики

Изобретатели, создавая вечный двигатель, нередко пытались, кроме силы тяжести, использовать другие явления природы. В частности, они пробовали применить для этого потерю веса тел, погружённых в жидкость (закон Архимеда).

Первый вечный двигатель, основанный на использовании закона Архимеда, был предложен швейцарцем Германом Леонард из Сент-Галена в 1865 году. Свою идею он воплотил в конструкции, показанной на рисунке 14.

Рис. 14. Поплавковый вечный двигатель, предложенный Германом Леонард (XIX век).

Бесконечная цепь из жестяных поплавков проходит правой половиной сквозь сосуд Б с водой. По мысли автора, поплавки, стремясь всплыть, будут вращать колесо В, через которое эта цепь переброшена.