Возможен ли вечный двигатель?

Это устройство представляло комбинацию часового механизма с вечным двигателем, состоящим из: верхней площадки для запаса шариков; колеса, которое вращается под действием силы тяжести шариков, падающих на него с лотка верхней площадки; сборника шариков и транспортёра, подающего их наверх.

По предположению изобретателя, колесо, приводимое в движение энергией падения шариков, сообщает движение шестерням часового механизма и транспортеру, поднимающему такое же количество шариков, какое упало.

Но движение этого механизма возможно лишь в том случае, если количество шариков, действующих на колесо, будет больше поднимаемых транспортёром. Ведь нужно преодолеть ещё и силы трепня в механизме. В данном случае количество падающих и поднимаемых шариков одинаково. Поэтому на поднятие избыточного числа их надо затрачивать дополнительную энергию. А у вечного двигателя её нет. Значит её надо подводить извне. Какой же это вечный двигатель, если для поднимания лишних шариков надо затрачивать дополнительную энергию? Понятно, что вечно часы работать не будут.

О том, что самозаводящиеся часы, поднимающие вверх гири, движущие их механизм, создать невозможно, говорил итальянский учёный Джероламо Кардано ещё в XVI веке (1501–1576 гг.). Но на это разумное предостережение изобретатели вечного двигателя не обращали внимания.

Все только что описанные проекты и бездействующие модели вечных двигателей относятся к одной группе колёсных, или механических вечных двигателей. Принципиальная схема их устройства проста. Грузы, размещённые с одной стороны оси вращения, постоянно, как предполагали изобретатели, действуют с большим усилием, чем с другой. Следовательно, рассуждали они, при таком распределении грузов равновесие колеса беспрерывно нарушается, и двигатель будет совершать работу вечно, не требуя дополнительной энергии. К огорчению изобретателей, несмотря на массу выдумки и остроумия, проявленную ими, этого не получалось — двигатели не работали.

Среди изобретателей вечных двигателей встречались сомневающиеся в их осуществлении. Свои сомнения одни довольно убедительно высказывали, другие к тому же научно обосновывали их, подкрепляя расчётами.

В конце XVII и начале XVIII века механик Яков Лейпольд простым вычислением доказал неосуществимость, невозможность колёсных вечных двигателей. Рассмотрим эти его вычисления на «изобретении» В. Чепера (рис. 4) и Жана Клюпо. Это наиболее характерная конструкция колёсного вечного двигателя, которую изобретатели много раз на протяжении более семисот лет повторяли, изменяя в ней лишь количество откидывающихся стержней с грузами.

Я. Лейпольд решал задачу следующим образом. От центра каждого груза и от центра оси вращения колеса вечного двигателя он провёл перпендикуляры на горизонтальную линию АБ (рис. 10).

Рис. 10. Расчеты Я. Лейпольда, доказывающие невозможность колёсного вечного двигателя (XVII–XVIII века).

Далее для простоты решения Я. Лейпольд рассматривал эту линию АБ как рычаг, опирающийся в точке О, то есть в точке пересечения перпендикуляра, опущенного на линию АБ от центра оси колеса. Грузы же, приложенные к воображаемому рычагу, он рассматривал как силы, стремящиеся повернуть колесо по часовой стрелке с правой стороны, а с левой — против часовой стрелки.

Чтобы разобраться в дальнейших действиях Я. Лейпольда, обратимся к одному из правил механики о моменте силы.

Момент силы — это произведение силы на плечо.

Под действием силы 8 кг, например, приложенной к плечу длиной 750 мм от оси вращения (рис. 10 внизу), возникает момент силы: 8 X 750 = 6000 кгмм. Под действием этого момента рычаг ВД должен вращаться вокруг точки Г. В расчёте Я. Лейпольда момент сил, действующих на рычаг АБ слева от опоры О на отрезке АО, можно выразить следующими цифрами (рис. 10): 5 кг X 350 мм + 5 кг X 340 мм + 5 кг X 275 мм + 5 кг X 240 мм + 5 кг X 190 мм + 5 кг X 120 мм + 5 кг X 110 мм = 8125 кгмм.

Этот момент сил, равный 8125 кгмм, стремится повернуть рычаг АБ вокруг точки О против часовой стрелки.

Момент сил, действующих на рычаг АБ справа от опоры О на отрезке ОБ, можно выразить следующими цифрами (рис. 10): 5 кг X 500 мм + 5 кг X 445 мм + 5 кг X 430 мм + 5 кг X 250 мм = 8125 кгмм.

Этот момент сил, равный 8125 кгмм, стремится повернуть рычаг АБ вокруг точки О по часовой стрелке. Обратите внимание, что моменты сил справа и слева от опоры О одинаковы; следовательно, рычаг АБ будет находиться в равновесии. Отсюда ясно, что вечные двигатели подобного рода не могут вращаться за счёт того, что грузы с одной стороны колеса отстоят значительно дальше, чем с другой. Вращения вечного двигателя невозможно добиться применением откидывающихся грузов, перекатывающихся шариков, переливающейся ртути или другой жидкости и прочих усовершенствований.

И всё же изобретателей вечного двигателя не убеждали подобные бесспорные расчёты. Многие стремились изобрести вечные двигатели других конструкций.

2. Цепные вечные двигатели