Текст книги "Вечное движение. История одной навязчивой идеи"

Автор книги: Артур Орд-Хьюм

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 13 страниц)

Нет ничего удивительного в том, что нынешние знатоки часового дела выражают сомнения относительно возможности получения вечного движения с помощью часов Кокса. Однако конструкция этих часов известна, и сколько бы кто-то ни пытался доказывать невозможность существования механического вечного двигателя, изобретение Кокса ему придется признать, а раз так, то считать его явным исключением из общего правила.

Один известный часовщик, чья контора находится в одном из наших самых крупных музеев, провел однажды со мной целый вечер, обсуждая самые различные формы вечного движения. В конце нашего разговора мой собеседник заметил следующее: „Вне всякого сомнения, существование вечного двигателя невозможно. Джеймс Кокс, однако, добился успеха, и я с великой радостью взглянул бы на его работающие часы, чтобы удостовериться в своей неправоте“. Другой известный авторитет в области часового дела заявил о том, что имена Гаррисона (изобретателя хронометра) и Кокса должны занять достойные места в анналах часового искусства. Продолжая, он сказал, что „в музее Виктории и Альберта находится экспонат, являющийся величайшим парадоксом часового искусства всех времен. Дело государственной важности заставить его вновь работать“. Нашелся и третий известный специалист, который заявил, что часы Кокса – это чистейшее надувательство, признавшись при этом, однако, что не понимает, как часы могли работать?

Был ли Кокс единственным человеком, пытавшимся использовать атмосферную энергию? Самый, вероятно, удачливый, он был, однако, далеко не первым среди изобретателей, понявших, что в повседневной жизни нас окружают явления, которые могут быть использованы в качестве неисчерпаемого источника энергии. Помимо колебаний атмосферного давления, можно, например, использовать изменения влажности и температуры окружающего воздуха. Именно по такому пути пошел один из соперников Гюйгенса аббат Иоганн Готфейль (1647—1724). О его изобретении сообщает в своем „Общем трактате о часах“ (1736) некий преподобный отец Александр. Ссылаясь на книгу аббата, изданную в 1678 году, он пишет: „В этом устройстве гиря маятника должна была приводиться в движение с помощью нескольких сосновых планок, расположенных поперечно в двух желобах. Эти планки непрерывно поднимались и опускались при изменении влажности окружающего воздуха“. Преподобный отец добавляет, что „изобретение оказалось неудачным и не оправдало надежд автора“^{64}.

Еще об одном механизме упоминает в своем „Журналь энциклопедик“ Антид Жанвье (1751—1835). Речь идет о часах, сделанных членом Санкт-Петербугской академии наук Кратценштейном до 1751 года. По утверждению Жанвье, они приводились в действие „сменой тепла и холода“.

Примерно в то самое время, когда в Лондоне экспонировался „Вечный Двигатель“ Кокса, в Париже были выставлены другие „вечные“ часы. Однако в отличие от изобретения Кокса они приводились в действие с помощью серебряного стержня, который расширялся при повышении температуры в дневные часы. Суточной разницы в семь-восемь градусов было, вероятно, вполне достаточно, чтобы поддерживать работу этого устройства.

Согласно сообщению журнала „Инглиш микэник“ от 1 февраля 1701 года, этот же принцип использован в часах некоего Бартона. Автор заметки, часовой мастер из Клеркенвелла: писал: „Источником энергии для этих часов является сама солнечная система. Из всех известных мне механизмов эти часы более других заслуживают названия „вечного двигателя“. Мистер Бартон использовал хорошо известное свойство воздуха сжиматься или расширяться при изменении температуры. В среднем разница дневной и ночной температур воздуха составляет 20°С. Бартон поместил воздухонепроницаемый бак из жести высотой 10 футов и диаметром 9 дюймов около солнечной стороны дома и соединил его трубкой с цилиндрическим резервуаром, который находился на чердаке. В этот резервуар изобретатель поместил поршень, шток которого движется вместе с храповиком между цепью, связанной, в свою очередь, с поршнем. Храповик подзаводит старинного типа часы следующим образом. При росте температуры в дневные часы воздух в баке расширяется“ и часть его перетекает в резервуар, приводя в движение поршень. С приближением ночи воздух в баке быстро охлаждается и сжимается; в результате этого поршень в резервуаре делает еще один ход, вновь перемещая храповик. Таким образом, при смене жары и холода часы будут постоянно подзаводиться до тех пор, пока не износятся подшипники».

Эдвард Вуд в своей книге «Редкие настенные и наручные часы», первое издание которой увидело свет в 1866 году, упоминает о двух «вечных» часах, но не описывает принцип их действия. Одни часы, рассказывает Вуд, были построены в 1858 году часовым мастером из Плимута по имени Ченхолл с Дрейк-стрит. Эти часы с восьмидневным заводом были выставлены в витрине его мастерской. По словам автора книги, «устройство их отличалось простотой и совершенством, а идти они могли до тех пор, пока позволяла прочность материалов, из которых они были сделаны. В механизме не было ни гири, ни пружины, и работа их не требовала какого– то постороннего вмешательства». Вторые часы были сконструированы в 1859 году Джеймсом Уайтом с Уикхем-маркета. Это были самозаводящиеся часы, «определявшие время с неизменной точностью. Шли они без остановки сами по себе, не требуя подзавода, что делало бы их работу вечной, если бы можно было быть уверенным в том, что детали, из которых они были сделаны, никогда не износятся».

Примером обычных часов, рассчитанных на длительный срок работы, может служить механизм, сконструированный для собора Святого Павла прославленным лондонским часовых дел мастером Томасом Томпионом^{65}. Часы должны были идти без подзавода сто лет. Изготовление этих часов, которые, по оценкам специалистов, должны были стоить 3—4 тысячи фунтов стерлингов, так и не было закончено.

Рассказывают, что часы со столь же большим периодом подзавода приобрел маркиз Бут, живший в Бедфорде на Льютон-парк. Во время пожара, случившегося в 1843 году, дворец маркиза сгорел, а вместе с ним погибли и часы. Из «Математического компендиума» Джона Мура мы узнаем, что это были «круглые часы очень больших размеров, которые с помощью шести колес и пяти шестерен совершали один оборот через каждые семнадцать лет».

В 1934 году в Швеции были сделаны часы, которые идут и поныне (во всяком случае несколько лет назад они еще шли). Подобно «Вечному Двигателю» Кокса, часы эти приводятся в действие падающей гирей. Весьма интересен механизм завода этих часов. В корпусе находятся семь герметичных анероидных коробок того же типа, какие обычно используются в барометрах-анероидах. Капсулы наполнены воздухом, соединены между собой и запаяны. При этом нижний анероид соединен с корпусом часов, а верхний с вращающимся храповым механизмом. Изменения в температуре или атмосферном давлении вызывают расширение или сжатие анероидных коробок, что, в свою очередь, приводит в действие храповик и гирю часов. Подсчитано, что количество вырабатываемой при этом энергии в четыре раза превышает количество, необходимое для работы всего механизма. При полном заводе пружины часы могут работать без барометрической системы 18 месяцев. Такой срок завода достигнут благодаря использованию крутильного маятника, состоящего из тяжелого металлического диска, соединенного с тонкой стальной лентой. Период его колебаний составляет семь с половиной секунд и равен периоду колебания обычного часового маятника длиной 187 футов^{66}.

Томас Бедвелл, английский математик и инженер, умерший в 1595 году, оставил после себя записи, представляющие для нас большой интерес. Подобно маркизу Ворчестерскому, Бедвелл пытался создать проект вечного двигателя и потратил на это многие годы жизни. Задуманные им водяные часы, или клепсидра, должны были идти «без завода». Изобретатель нигде не упоминает о том, каким способом он намеревался заставить свои часы работать; да и вряд ли ему это удалось бы. Можно предположить, что часы эти были бы непригодны для измерения времени.

11. Часы с катящимися шарами

Часы, приводимые в движение катящимися шарами, ни в коей мере нельзя рассматривать как одну из разновидностей вечного двигателя. Шар, движущийся вниз, выполняет роль маятникового балансира, регулирующего действие пружины. Время, за которое шар перекатывается из верхней точки своей траектории в нижнюю, всегда одно и то же, оно является аналогом полупериода колебаний балансира с маятниковым регулятором. И все-таки механизмы с катящимися шарами, будь то часы или какие-нибудь другие приборы, иногда принимали за вечный двигатель.

Англичанин Джон Эвелин^{67} оставил нам описание одного такого устройства, которое ему довелось увидеть 24 февраля 1655 года: «Мне показали настольные часы, единственным балансиром которых является прозрачный шар, свободно скользящий по наклонному желобу. Этот шар скатывается все ниже и ниже, пока не падает на расположенную в нижней части устройства пружину, которая вновь подбрасывает его в самый верхний желоб. Все операции повторяются с неукоснительной точностью каждые тридцать секунд. При этом часовая стрелка чуть подвигается и раздается короткий звонок. Таким образом, сто двадцать раз в час, в те моменты, когда шар попадает на пружину, часы начинают бить. Эта в высшей степени необычная, богато украшенная вещь, была подарена каким-то немецким принцем нашему покойному королю[12]12
  Карлу I.


[Закрыть]. Сейчас она принадлежит узурпатору[13]13
  Оливеру Кромвелю.


[Закрыть] и оценивается в двести фунтов стерлингов».

Сэмюэл Пепис^{68} также оставил в своем дневнике описание подобных, а может быть, тех же самых часов. Его запись относится к 28 июля 1660 года: «Был в Вестминстере и встретился с мистером Хенсоном, у которого раньше были замечательные часы с катящимися шарами. Теперь эти часы принадлежат королю и являются частью его обширной коллекции».

В последующие годы часы с боем, которые отмечали время с помощью шара или ядра, катящихся по наклонным желобам, продолжали оставаться большой редкостью. Вуд в своей книге о «диковинных» часах пишет: «В Хенли-на-Темзе жил брат художника Гейнсборо, священник-диссидент, обладавший незаурядными способностями механика и изобретателя. Созданные им часы отличались оригинальностью конструкции и после его смерти были переданы Британскому музею. Часы отмечали каждый час боем маленького колокола и шли за счет того, что одно из двух свинцовых ядрышек, помещенных в спиральном накопителе в верхней части часов, падало в маленькое ведерко слоновой кости. Достигнув его дна, оно с помощью противовеса выносилось вверх и выталкивало из накопителя другое ядрышко, которое проделывало тот же путь».

Если понимать написанное буквально, то может показаться, что наш механик в рясе и вправду «ухватил мечту за хвост» – создал перпетуум мобиле. На самом же деле, он всего лишь сконструировал часы со своеобразным регулятором, приводимые в действие силой тяжести падающего груза.

Упоминание о часах с катящимися шарами встречается в книгах по часовому делу, выпущенных в свет в семнадцатом и восемнадцатом столетиях. Первый рассказ об устройстве такого рода содержится в книге Каспара Шотта «Достопримечательности техники», которая была опубликована в Нюрнберге в 1664 году. Шотт учился в Риме вместе с Атаназиусом Кирхером, однако большую часть своей жизни провел в Аугсбурге^{69}. К сожалению, описания многочисленных механизмов, оставленные Шоттом, сделаны крайне невразумительно. Но в четвертой книге его «Механических чудес» есть довольно подробное и хорошо иллюстрированное описание вечного двигателя, приводящего в действие часовой механизм. Это изобретение принадлежит австрийскому священнику Вильгельму Шретеру, жившему в XVI веке.

В слегка наклоненном желобе, расположенном в верхней части конструкции, помещалось шесть шаров. Шары падали один за другим через отверстие в желобе на установленное под ним вращающееся колесо, на ободе которого были сделаны углубления в форме чашек. Благодаря специальному предохранительному устройству шары вываливались из чашек лишь в определенной точке траектории вращения и попадали в углубления-чашки другого колеса, расположенного пониже. Это второе колесо, в свою очередь, переносило шары на третье колесо. Каждое из этих трех колес насаживалось на общий вал с аналогичным колесом большего диаметра. Очередной шар, пройдя по трем малым колесам сверху вниз, по направляющим попадал в углубление на ободе нижнего большого колеса и начинал подниматься вверх. Затем шар переносился на второе колесо, расположенное повыше, и, наконец, на третье, которое поднимало его до уровня желоба и сбрасывало в него. Шотт верил, что непрерывное движение шаров (вниз и затем вверх) сможет обеспечить работу часового механизма, связанного посредством зубчатых передач с вращающимися осями (или валами) устройства.

Странно, однако, что Шотт не заметил ошибочности идеи, делающей весь проект неосуществимым, ибо она видна даже из беглого ознакомления с ним. Поскольку изобретатель сконструировал «возвратные» колеса большего диаметра, чем «ведущие», ни один из падающих вниз шаров не достигнет верха конструкции. Причина этого заключается в том, что шар, находящийся в углублении колеса большего диаметра, создает больший вращающий момент, нежели шар, находящийся на меньшем колесе. Вращение колес, едва начавшись, прекратится, и система придет в равновесие (см. об этом четвертую главу).

Сам Шотт высказал идеи по крайней мере двух вечных двигателей. Одним из них было устройство, предназначенное для подзавода различных механизмов. Оно содержало «бесконечный» (замкнутый) ремень, приводимый в движение шарами. Шары располагались на опускавшейся части ремня, несущего маленькие черпаки. Достигнув нижней части устройства, шары поднимались вверх, и весь цикл повторялся.

Раздумывал о конструкции часов с катящимися шарами и итальянский иезуит Франческо Эсчинарди, родившийся в 1623 году и умерший около 1700 года. В книге «Отчеты отца Франческо Эсчинарди... его парижскому другу» содержится описание часового механизма, предназначенного для использования на кораблях. Автор писал, что в начале 1670 года он вместе с князем Леопольдом Медичи сконструировал часы, которыми можно было пользоваться, находясь в открытом море. При этом он весьма скептически отзывался о часах, приводимых в действие падающими грузами. Такие часовые механизмы, по его мнению, показывали время с большой ошибкой. В своих «Отчетах» Франческо Эсчинарди обнаружил глубокие познания в сложной проблеме точного определения времени в открытом море, которая была полностью решена лишь с изобретением хронометра Гаррисоном в 1735 году. В часах, сконструированных отцом-иезуитом, вместо пружин или тяжелых грузов использовались корончатое колесо и барабан, который обвивала цепь с маленькими черпаками в форме чашек. Через отверстия, находящиеся над цепью, шар падал в один из черпаков и тянул цепь вниз, вращая при этом вал. Внизу шар выпадал из черпака и оказывался на пружинном спусковом устройстве, с помощью которого второй шар попадал на цепь с черпаками. Достигнув нижней части устройства, этот второй шар толкал первый так, что, когда второй шар выпадал из чашки, первый мог вновь попасть на цепь с черпаками и, приводя ее в движение, повторял весь цикл. По мнению автора, конструкция представляла собой вечный двигатель.

Правда, было неясно, каким образом Эсчинарди собирался поддерживать работу часов. Похоже, он рассчитывал на то, что каждый шар, выпадая из черпака и оказываясь на спусковом устройстве, подзаводил бы пружину, обеспечивавшую ход часов. Невозможно не восхищаться той твердой убежденностью, с которой почтенный святой отец верил, что энергии падающего шара будет достаточно не только для того, чтобы поднять вверх равный по весу шар, но и сообщить импульс, необходимый для подзавода пружины.

В своем «Сборнике сочинений о достопримечательностях математики и механики», опубликованном в 1719 году, Гролье де Сервьер (1596—1689) описал четыре типа часов с катящимися шарами. Именно благодаря этой книге часы подобной конструкции стали известны мастерам часового дела в разных странах мира.

Первые часы Сервьера имели форму шестигранной башни, в основании которой помещался собственно часовой механизм. Купол башни поддерживался шестью колоннами. Вокруг башенных колонн с их внешней стороны спирально тянулись два параллельных медных желоба, по которым металлический шар медленно катился сверху вниз. Так и не установлено, каким образом движение шаров по наклонным желобам приводило в действие часовой механизм. Вторые часы Сервьера имели аналогичную конструкцию, единственное отличие их от первых заключалось в том, что шар возвращался в верхнюю точку траектории с помощью системы черпаков, подбирающих его в нижней части устройства, а затем выносящих его в желоб наверху башни.

По всей видимости, в основе конструкции третьих часов тоже лежал принцип нисходящего движения катящихся шаров. Основным отличием этих часов было использование одного наклонного желоба и двух медных шаров. Когда один шар завершал свой путь, начинал движение второй шар. Внизу второй шар выталкивал первый, и тот через некоторый промежуток времени вновь подавался в верхнюю часть устройства.

Во внешнем оформлении своих четвертых часов Сервьер снова обратился к идее башни. Но на этот раз она была четырехугольной в поперечном сечении, а часовой механизм вновь помещался в ее основании. Часы имели два циферблата, отдельно для часовой и минутной стрелок. На помещенной в книге иллюстрации видны четыре колонны, поддерживающие купол башни. Вокруг колонн проложены «железнодорожные» пути для движения шаров. Как только один из двух шаров достигает основания башни, он попадает на вращающийся винт Архимеда, который вновь увлекает его наверх.

Все схемы описанных здесь часов приведены лишь в самых ранних работах, посвященных часовому делу. Мне нигде, однако, не встретилось упоминание о том, что часы подобной конструкции были когда-либо построены. Похоже, что они так и остались плодом богатого воображения изобретателей.

На протяжении длительного времени в музее земли Гессен в немецком городе Касселе хранился редкий экспонат, имевший каталожное название «Вечный двигатель». Это были часы на катящихся шарах. Они погибли во время воздушного налета в 1943 году.

Часы были сделаны знаменитым итальянским изобретателем и часовщиком Джузеппе Кампани, изготовлявшим также линзы для телескопов. Он жил и работал в Риме примерно с 1650 по 1715 год и приобрел широкую известность как автор нескольких часов оригинальной конструкции. Свой вечный двигатель он продал ландграфу Карлу Гессенскому во время поездки последнего по Италии в декабре 1699 – апреле 1700 года^{70}.

В книге Ф. X. Шминке «Описание резиденции курфюрста земли Гессен и города Касселя» (1767) есть такое описание часов Кампани: «Часы Джузеппе Кампани работают с помощью двух шаров, которые поочередно скатываются вниз по наклонным медным желобам. Как только один шар заканчивает свое движение, с помощью двойной лопасти выпускается второй шар. Когда закончено движение второго шара, лопасть вновь выбрасывает первый шар в желоб, и он снова совершает весь свой путь. Затем наступает очередь второго шара и т. д. Движение каждого шара длится во времени ровно 30 секунд. Именно за счет этого движения перемещаются стрелки на циферблате, расположенном в верхней части часов».

Эти удивительные часы имели 1,8 метра в высоту, 0,75 метра в ширину и 0,4 метра в длину. Помещались они в застекленном шкафу эбенового дерева, украшенном золоченой бронзой: капителями, балюстрадой и изящными венками, расположенными в передней части и по бокам шкафа.

Беглый внешний осмотр часов убеждал в том, что они шли благодаря периодическому скатыванию одного из медных шариков по наклонной плоскости, которую образовывали восемь посеребренных желобов, проходящих по внутренней стороне каркаса часового механизма. Позади желобов находилась система зеркал. Зритель всегда видел только один скатывающийся шар.

На самом же деле это устройство, сделанное талантливым инженером, было искусным обманом. Весь механизм работал благодаря наличию трех пружин, размещенных в свободном пространстве между зеркалами и незаметных для наблюдателя. Отличительной особенностью этих замечательных часов был совершенно бесшумный регулятор хода, ранее уже применявшийся Кампани в бесшумных «ночных» часах. Регулятор содержал небольшое коромысло, непрерывно вращавшееся в направлении против часовой стрелки вокруг центральной оси. Плечи коромысла равны между собой, и каждое оканчивается сферическим углублением в форме ложек. Регулятор установлен таким образом, что дважды за период вращения эти ложки оказываются на уровне верхней и нижней точек траектории движения шаров. Коромысловый регулятор посредством шестеренки сообщал движение другому регулятору, так называемому билянцу[14]14
  Или регулятору фолио. — Прим. ред.


[Закрыть]. Последний состоит из штанги, совершавшей колебания вокруг центральной оси (в горизонтальной плоскости). На каждом плече штанги имелся груз; изменяя положение грузов относительно этой оси, можно было регулировать скорость вращения регуляторов.

Чтобы привести вечный двигатель в действие, достаточно было поместить один шар в верхнюю ложку главного регулятора, а второй – в верхнюю часть спирального желоба. Скатываясь по желобу вниз, этот второй шар падал на стопор и оставался в таком положении, пока проходящее мимо него плечо коромыслового регулятора не принимало его в нижнюю ложку. Шар скатывался вниз за тридцать секунд.

Именно такое время требовалось и для того, чтобы коромысло совершило пол-оборота; при этом шар, находившийся в нижней точке траектории, вновь оказывался в верхней части желоба. Стрелки часов, соединенные с регулятором, дважды в минуту передвигались под действием его толчков.

Успешная работа часов во многом определялась высоким качеством их изготовления. Хорошо замаскированный бесшумный часовой механизм, соединенный с минутной стрелкой, и был тем самым средством обмана, о котором я уже упоминал. Впрочем, нет никаких прямых доказательств, что изобретатель называл свое творение «вечным двигателем». Вполне вероятно, что это название механизм получил в более позднее время. В XVII веке часы были еще диковинкой и представляли собой большую ценность. Возможно, Джузеппе Кампани хотел сконструировать такой часовой механизм, который явил бы миру образец мастерства, и намеревался создать хитроумное устройство, принцип действия которого был бы непонятен окружающим. Не хотелось бы быть несправедливым к изобретателю и приписывать ему сознательный обман.