Возможен ли вечный двигатель? - [4]
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
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.
