Текст книги "Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии"

Автор книги: Виктор Бродянский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 18 страниц)

^{Рис. 1.11. Схема Уилкинса для вывода закона равновесия грузов, расположенных на разных расстояниях от центра колеса}

Таким образом, Уилкинс показал, что воздействие груза, вращающего колесо, определяется произведением силы (в данном случае – веса груза) на плечо (в данном случае – отрезок горизонтального радиуса до пересечения с вертикалью, проходящей через центр груза). Равенство всех таких произведений – моментов сил, действующих на колесо, обусловит его равновесие; неравенство – постоянное вращение. Остается только показать, что в любом из механических ppm такое равенство всегда соблюдается, и невозможность их действия доказана.

Уилкинс, правда, не ввел термина «момент силы», но от этого дело не меняется: важнейший закон статики был установлен. Работа Уилкинса помогла в дальнейшем механикам выдвинуть положения, которые вплотную подвели их к закону сохранения энергии и окончательно похоронили идею ppm-1. Но до этого было еще далеко.

Однако тучи над ppm сгущались не только со стороны теории. Неудачи с практической реализацией самых разных моделей тоже постепенно делали свое дело. Поэтому у некоторых (правда, очень немногих) изобретателей появлялось разочарование в идее ppm. Нашелся и достаточно мужественный человек, чтобы признаться не только самому себе, но и другим в бесполезности своей многолетней работы над такими машинами. Это был немец Иоганн Иоахим Бехер, который создал довольно сложный «физико-механический» ppm для привода часового механизма. Идея двигателя та же, что и других, описанных ранее, – движение перекатывающихся шаров – грузов, которые должны были приводить в движение систему взаимосвязанных шестерен и рычагов. Работа шла столь успешно, что курфюрст г. Майнца приказал воздвигнуть специальную каменную башню для размещения часов с двигателем Бехера. (Было это в 1660 г., почти в то же время, когда вышла книга Уилкинса.) Однако в дальнейшем это устройство не оправдало возлагавшихся на него надежд.

Бехер подвел итоги своей работы такими словами: «Десять лет я занимался этим безумием, потеряв кучу времени, денег и погубив свое доброе имя и славную репутацию – все это лишь для того, чтобы сегодня с полной убежденностью сказать: вечное движение – неосуществимо». Это признание осталось, к сожалению, неизвестным многочисленным изобретателям ppm.

Вопрос о несостоятельности механических ppm с колесами и грузами был теоретически решен, хотя еще долгое время его понимание не стало общим достоянием. Но метод Уилкинса не мог непосредственно помочь при спорах о другом варианте механического ppm, например таком, который показан на рис. 1.12, где ремень (или цепь с грузами) с одной стороны тяжелее, чем с другой. Должна ли «работать» эта разница в весе или нет?

^{Рис. 1.12. Вечный двигатель с «неуравновешанным ремнем»}

Теорию, которая позволила решить этот вопрос, разработал еще раньше замечательный голландский математик, механик и инженер Симон Стевин (1548-1620 гг.). Эта теория относится к равновесию тел, находящихся на наклонной плоскости, но выводы из нее имеют и более общее значение. Самое интересное в ходе рассуждений Стевина то, что он даже не считает необходимым доказывать невозможность создания ppm; он считает это истиной, не требующей доказательства, – аксиомой. Такую четкую позицию занимал до Стевина только Леонардо да Винчи.

Рисунок, относящийся к теории равновесия тел на наклонной плоскости, Стевин счел настолько важным, что вынес его на титульную страницу своего трактата «О равновесии тел», изданного в Лейдене (1586 г.). На рисунке Стевина (он воспроизведен на рис. 1.13) показана трехгранная призма, грани которой имеют разную ширину. Самая широкая грань установлена горизонтально, ниже других. Две другие, наклонные, сделаны так, что правая имеет ширину вдвое меньшую, чем левая. На призму накинута замкнутая цепь с 14 тяжелыми одинаковыми шарами. Рассматривая равновесие этой цепи, можно видеть (если исключить нижние восемь шаров, которые, очевидно, уравновешены), что на меньшей грани находятся два шара, а на большей – четыре. «Будет ли цепь находиться в равновесии?» – спрашивает Стевин. Если это так, то происходит чудо. Четыре шара уравновешиваются двумя!

«Не будь это так, – пишет он, – ряд шаров должен был бы (придя в движение) занять то же положение, что и раньше. По той же причине восемь левых шаров должны были бы, как более тяжелые, чем шесть правых, опускаться вниз, а шесть – подниматься вверх, так что шары совершали бы непрерывное и вечное движение».

Таким образом, возникает вопрос, ответ на который вынесен на надпись рисунка, помещенного на титульном листе: «Чудо не есть чудо» (на фламандском языке).

^{Рис. 1.13. Рисунок с титульной страницы трактата С.Стевина «О равновесии тел»}

Стевин, исходя из невозможности вечного движения, утверждает, что никакого чуда нет и два шара совершенно «законно» уравновешивают четыре. Он выводит теорему: «Тело на наклонной плоскости удерживается в равновесии силой, которая действует в направлении наклонной плоскости и во столько меньше его веса, во сколько длина наклонной плоскости больше высоты ее».

Если взять два груза G1и G2(рис. 1.14, а),то условие их равновесия для данных задачи Стевина запишется так:

G1 / G2 = ab / bc = 1/2.

Четыре шара весят как раз вдвое больше, чем два. Пользуясь современной терминологией, можно выразить эту теорему в более удобной форме (рис. 1.14, б):сила F’удерживающая груз на наклонной плоскости и равная по значению противоположно направленной силе F,стремящейся его сдвинуть, определяется (если пренебречь трением) произведением его веса Gна синус угла анаклона плоскости к горизонтали:

F= Gsin α.

Если плоскость вертикальна, то α= 90° и sin α = 1, тогда F= G;если плоскость горизонтальна, то α= 0 и F = 0.

^{Рис. 1.14. Равновесие тел на наклонной плоскости: а – по Стевину; б – в современной трактовке}

Стевин уверенно, опираясь на бесчисленные практические данные, вывел один из важнейших законов статики. Применяя этот закон к проектам ppm вроде показанного на рис. 1.12 и аналогичных ему, легко видеть, что вес наклонных частей тяжелого ремня (или грузов), висящих по диагонали, нельзя считать равным силе, с которой они поворачивают колеса двигателей. Нужно учитывать, что эта сила тем меньше, чем больше отклоняется ремень (или цепь с грузами) от вертикали. Если в каждом конкретном случае произвести соответствующий расчет, то выяснится, что силы, действующие с обеих сторон на колесо (или колеса) двигателя, будут неизбежно в точности одинаковы.

Таким образом, Уилкинс и Стевин создали научную базу, позволяющую показать нереализуемость любого механического ppm. Тем не менее отсутствие общей теории, показывающей неосуществимость любогоppm, оставляло возможности поиска как новых решений ppm, так и обоснований возможности его существования.

Это особенно чувствуется при ознакомлении с магнитнымиppm. Наука о магнитах, в отличие от механики, была в самом зачаточном состоянии; поэтому и дискуссия вокруг них велась, главным образом, в общефилософском плане.

1.4. Магнитные ppm

Первым известным магнитным ppm была машина Петра Пилигрима (1269 г.), уже описанная в начале этой главы (рис. 1.4).

Новые виды магнитных вечных двигателей, появившиеся позже, основывались, так же как и первый, на аналогии между силой тяжести и силой притяжения магнита.

Такая аналогия была совершенно естественной, она подкреплялась общефилософскими соображениями; кроме того, силу притяжения магнита можно было непосредственно сравнить с силой тяжести.

Действительно, если на одну чашу весов положить кусок железа, а на другую – равную по весу гирю, то, воздействуя снизу на железо магнитом, можно определить его силу. Для этого нужно вновь уравновесить весы, добавочный груз будет равен силе притяжения магнита. Такое измерение произвел Николай Кребс (1401-1464 гг.), известный под именем Николая Кузанского (по селению Куза на Мозеле). Именно совместное действие двух тождественных сил – магнита и тяжести – служило идейной основой почти всех предложенных после Петра Пилигрима магнитных ppm.

Первым из них был двигатель, изобретенный Иоганном Теснериусом, Кельнским архиепископом конца 50-х годов XVI в. Он отдал много лет изучению всего, что связано с магнитами; это привело его к выводу, что «ни в одном случае вечное движение не достижимо никаким способом, кроме использования магнитного камня».

В сочинении о природе магнитных явлений он излагает своеобразную инструкцию для тех, кто пожелает сделать магнитный ppm, и приводит его схематическое изображение (рис. 1.15).

^{Рис. 1.15. Схематическое изображение магнитного ppm Иоганна Теснериуса}

Перевод с латинского главной части этой инструкции опубликован в [2.4]. Этот любопытный документ заслуживает того, чтобы привести его здесь.

«Возьми вместилище из железа, вроде вогнутых стекол, снаружи украшенное различными выгравированными узорами не только ради красоты, но также ради легкости, ибо чем легче сосуд, тем лучше его можно привести в движение. Но он не должен быть при этом прозрачным, так что можно было бы видеть заключенную в нем тайну.

На внутренней стороне вместилища должны быть многочисленные маленькие одинаково тяжелые кусочки железа, толщиной в горошину или боб. Колесо внутри вместилища должно быть одинаково тяжело во всех своих частях. Приспособление, на котором колесо может вращаться, поставлено в середине так, что оно остается совершенно неподвижным. К нему прикрепляется серебряный штифтик В,на самой высокой точке которого находится магнит А. Когда магнитный камень таким образом приготовлен, он должен быть приведен в круглую форму; затем определяются полюсы. Потом, оставляя полюсы неподвижными, обе противоположные стороны в середине выпиливают на манер яйца; кроме этого те две стороны должны быть сплющены, дабы низкая часть занимала самое низкое место и, таким образом, она придет в соприкосновение со стенками вместилища, которое как бы колесо. Когда это исполнено, надевают камень на штифтик так, чтобы северный полюс был немного наклонен по направлению к железной полоске, дабы сила действовала на нее не непосредственно, а под определенным углом.

Таким образом каждая полоска приблизится к северному полюсу и затем, когда она вследствие вращения колеса пройдет мимо северного полюса, она придет к южному, который ее отгонит прочь, и тогда она опять притянется к северному полюсу, так что останется в движении.

Для того чтобы колесо исполняло свою работу скорее, следует включить во вместилище маленький металлический или серебряный камешек Етакой величины, чтобы он легко помещался между двумя полосками. Когда колесо подымется вверх, камешек упадет на противоположную сторону и так как движение колеса по направлению к самой низкой части вечно, то так же вечно будет падение камешка между двумя полосками, ибо он вследствие своей тяжести стремится к центру земли и самому нижнему месту…»

Создать реальную машину на основе такой «технической документации» в стиле алхимических руководств едва ли возможно; сам ученый архиепископ такой попытки, по-видимому, не предпринимал. Более того, он скорее всего не сам придумал такой двигатель, а заимствовал его у кого-то из предшественников.

Несмотря на недостаток сведений о машине Теснериуса, ее идея в общем ясна. Она заключается в том, что каждая железная пластинка, закрепленная на колесе, сначала притягивалась к северному полюсу магнита А, а потом отталкивалась в том же направлении от южного, получая таким образом два последовательных импульса в одну сторону. Затем, при повороте колеса, на ее место приходит следующая пластинка и т.д.

Интересна роль шарика Е,который, периодически падая при вращении колеса с левой его стороны на правую, дает, по мнению автора, дополнительные силы, помогающие его вращению. Таким образом, двигатель Теснериуса представляет собой некий «гибрид» основного (магнитного) и вспомогательного (механического) ppm.

Никаких данных о попытках экспериментальной проверки этого устройства в литературе нет.

Еще более любопытный магнитный ppm предложил любитель науки, изобретатель и коллекционер, иезуит Анастасиус Кирхер [8]8
  Он занимался и механическим ppm, доказывая теоретически на основе положения, что «меньшим грузом можно поднять больший», что такой двигатель возможен. Несмотря на не очень глубокий теоретический багаж, Кирхер был способным изобретателем. Достаточно свидетельствует об этом хотя бы тот факт, что он изобрел проекционный («волшебный») фонарь.


[Закрыть](1602-1680 гг.). Его двигатель предельно прост. Как видно из рис. 1.16, он состоит из железного круга ABCD,на котором радиально расположены направленные наружу железные стрелы. Этот круг должен вращаться под действием четырех магнитов I, F, G, Н,расположенных на внешнем кольце.

^{Рис. 1.16. Магнитный ppm А. Кирхера}

Почему Кирхер решил, что круг со стрелами будет вращаться, совершенно непонятно. Все предыдущие изобретатели таких кольцевых двигателей пытались создать какую-то асимметрию, чтобы вызвать силу, направленную по касательной. У Кирхера таких мыслей не возникло. Он мыслит еще в совершенно схоластическом средневековом духе. Он даже серьезно утверждал, что притягательная сила магнита увеличится, если его поместить между двумя листьями растения Isatis Sylvatica.

 ^{Рис. 1.17. Схема магнитного ppm, описанного в книге «Сотня изобретений» Д. Уилкинса}

Более интересный и оригинальный магнитный ppm описал в своей книге «Сотня изобретений» (1649 г.) уже известный нам Джон Уилкинс. Схема этого двигателя представлена на рис. 1.17. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один (А) прямой, установленный выше, и другой (Б)изогнутый, установленный ниже. Изобретатель считал, что железный шарик, помещенный на верхний желоб, покатится вверх, притягиваемый магнитом. Но так как перед магнитом в верхнем желобе сделано отверстие, шарик провалится в него, скатится по нижнему желобу и через его изогнутую часть снова выскочит наверх и двинется к магниту и т. д. до бесконечности.

Уилкинс, который, как мы уже видели, хорошо разобрался в принципиальных вопросах механических ppm, оказался на высоте и в этом случае. Закончив описание этой конструкции, он пишет: «Хотя это изобретение на первый взгляд кажется возможным, детальное обсуждение покажет его несостоятельность». Основная мысль Уилкинса в этом обсуждении сводится к тому, что если даже магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он тем более не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик просто не будет притягиваться. В принципе объяснение Уилкинса правильно; характерно, что он четко представляет себе, как быстро уменьшается сила притяжения магнита с увеличением расстояния до него.

Возможно, Уилкинс учел и взгляды знаменитого Уильяма Гильберта (1544-1603 гг.) – придворного врача королевы Елизаветы Английской, который тоже не поддержал идею этого двигателя.

В книге Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле» (1600 г.) не только дана сводка уже известных к тому времени сведений о магнетизме, но и описаны новые результаты, полученные в многочисленных экспериментах.

В предисловии к книге Гильберт писал: «В открытии тайн и исследовании скрытых причин вещей от точных опытов и доказанных положений получаются более прочные выводы, нежели от непонятных догадок и мнений рутинных философов». Как далека эта четкая позиция от рассуждений философа-архиепископа Теснериуса!

^{Рис. 1.18. «Усовершенствованный» магнитный ppm XX в.}

В XX в. была все же найдена возможность осуществить устройство с шариком, «вечно» бегущим по двум желобам, в точности соответствующее по внешнему виду магнитному ppm, описанному Уилкинсом. Такой «усовершенствованный» двигатель показан на рис. 1.18. Верхний желоб изготовляется из двух электрически изолированных одна от другой металлических полос, а вместо постоянного магнита на стойке устанавливается электромагнит. Обмотка электромагнита присоединена к аккумулятору или другому источнику электропитания так, чтобы цепь замыкалась через железный шарик, когда он находится на верхнем желобе, касаясь обеих его полос. Тогда электромагнит притягивает шарик (левый рисунок). Докатившись до отверстия, шарик размыкает цепь, проваливается и скатывается по нижнему желобу (правый рисунок), возвращаясь по инерции на верхний желоб, и т. д. Если спрятать аккумулятор в стойку (или незаметно провести через нее провода для питания электромагнита извне), а сам электромагнит поместить в шаровой футляр, то можно считать, что действующий ppm готов. На тех, кто не знает (или не может отгадать) секрета, он производит большое впечатление.

Нетрудно видеть, что в такой игрушке как раз устранен тот недостаток, на который указывал Уилкинс, – возможность того, что шарик притянется к магниту и не провалится в отверстие. Магнит перестает действовать как раз в тот момент, когда шарик должен провалиться в отверстие, и снова включается тогда, когда нужно тянуть шарик вверх.

Подобных игрушек, разными способами имитирующих ppm, в последнее время придумано и изготовлено довольно много. Дальше, в гл. 5 помещен специальный раздел о псевдо-ppm, где разобраны различные устройства, принимаемые (или выдаваемые) за ppm.

Представляет интерес еще один проект магнитного ppm, предложенный неким доктором Якобусом. Как видно из рис. 1.19, это по существу полугравитационный – полумагнитный ppm. На оси СВустановлено колесо Ес накинутой на него цепью ADжелезных тяжелых шаров. Магнит Я, расположенный сбоку, оттягивает цепь в сторону, создавая асимметрию по отношению к оси колеса. С той его стороны, где расположен магнит, будет больше шаров, причем часть этих шаров будет дальше от оси. По всем этим причинам, как считал автор, колесо должно вращаться. Этого, естественно, не произойдет. Общее действие магнита на шары, расположенные как с одной его стороны, так и с другой, создаст, конечно, определенные моменты сил, однако они будут направлены в противоположные стороны и их сумма с учетом моментов сил притяжения всегда будет равна нулю.

^{Рис. 1.19. Гравитационно-магнитный  ppm доктора Якобуса}

В дальнейшем были предложены и многие другие магнитные ppm, в том числе и довольно замысловатые [2.1-2.6]; некоторые из них были построены, но их постигла та же судьба, что и остальные. Идея одного из таких построенных магнитных двигателей была выдвинута уже в конце XVIII в. Некий шотландский сапожный мастер по фамилии Спенс нашел такое вещество, которое экранировало притягивающую и отталкивающую силу магнита. Известно даже, что оно было черного цвета. С помощью этого вещества Спенс обеспечил работу двух изготовленных им магнитных ppm.

Успехи Спенса были описаны шотландским физиком Дэвидом Брюстером (1781-1868 гг.) в серьезном французском журнале «Анналы физики и химии» в 1818 г. Нашлись даже очевидцы: в статье написано, что «мистер Плейфер и капитан Кейтер осмотрели обе эти машины (они были выставлены в Эдинбурге) и выразили удовлетворение тем, что проблема вечного двигателя, наконец, решена». Вот так!

Дальше, как обычно, никаких «актов о внедрении» не последовало.

Нужно отметить, что в части открытия вещества, экранирующего магнитное поле, Спенс ничего особенного не сделал и его «черный порошок» для этого не нужен. Хорошо известно, что для этого достаточно листа железа, которым можно заслонить магнитное поле. Другое дело создать таким путем ppm, поскольку для движения листа, экранирующего магнитное поле, нужно в лучшем случае затратить столько же работы, сколько даст магнитный двигатель.

Общее количество магнитных двигателей все же было меньше, чем механических и особенно гидравлических. К последним мы и перейдем.

1.5. Гидравлические ppm

Большое внимание, которое уделяли изобретатели ppm попыткам использовать для них гидравлику, конечно, не случайно.

Хорошо известно, что гидравлические двигатели были широко распространены в средневековой Европе. Водяное колесо служило, по существу, основной базой энергетики средневекового производства вплоть до XVIII в.

В Англии, например, по земельной описи было 5000 водяных мельниц. Но водяное колесо применялось не только в мельницах; постепенно его стали использовать и для привода молота в кузницах, ворота, дробилки, воздуходувных мехов, станков, лесопильных рам и т. д. Однако «водяная энергетика» была привязана к определенным местам рек. Между тем техника требовала двигатель, который мог бы работать везде, где он нужен. Совершенно естественной поэтому была мысль о водяном двигателе не зависимом от реки. Действительно, половина дела – как использовать напор воды – была ясна. Тут накопился достаточный опыт. Оставалась другая половина дела – создать такой напор искусственно.

Способы непрерывно подавать воду снизу вверх были известны еще с античных времен. Самым совершенным из нужных для этого устройств был архимедов винт. Если соединить такой насос с водяным колесом, цикл замкнется. Надо только для начала залить водой бассейн наверху. Вода, стекая из него, будет крутить колесо, а насос, приводимый от него, снова подаст воду вверх. Таким образом, получается гидравлический двигатель, работающий, так сказать, «на самообслуживании». Никакой реки ему не нужно; он сам создаст необходимый напор и одновременно приведет в движение мельницу или станок.

Для инженера того времени, когда понятия об энергии и законе ее сохранения еще не было, в такой идее не было ничего странного. Множество изобретателей работало, пытаясь воплотить ее в жизнь. Только некоторые великие умы понимали, что это невозможно; и одним из l первых среди них был универсальный гений – Леонардо да Винчи. В его тетрадях был найден эскиз гидравлического ppm (рис. 1.20). Горизонтальная линия внизу рисунка показывает уровень в резервуаре, из которого машина берет воду. Машина состоит из двух связанных между собой вращающихся устройств Aи B, между которыми установлена чаша, заполняемая водой. Устройство Апредставляет собой архимедов винт, подающий воду из нижнего резервуара в чашу. Устройство Ввращается, приводимое в движение водой, сливающейся из чаши, и крутит насос А– архимедов винт; отработавшая вода сливается снова в резервуар.

^{Рис. 1.20. Эскиз гидравлического ppm  из тетрадей Леонардо да Винчи}

Леонардо вместо известного в то время водяного насоса употребил водяную турбину, сделав мимоходом одно из своих изобретений. Эта турбина В– обращенный насос – архимедов винт. Леонардо понял, что если лить на него воду, то он будет вращаться сам, превратившись из водяного насоса в турбину.

В отличие от современных ему и будущих изобретателей гидравлических ppm такого типа (водяной двигатель + водяной насос) Леонардо знал, что он работать не сможет. Воду, в которой нет разности уровней, он назвал очень образно и точно «мертвой водой» (aqua morta). Он понимал, что падающая вода может в идеальном случае поднять то же количество воды на прежний уровень и только; никакой дополнительной работы она произвести не может. Для реальных условий проведенные им же исследования трения дали основания считать, что и этого не будет, так как «от усилия машины надо отнять то, что теряется от трения в опорах». И Леонардо выносит окончательный приговор: «невозможно привести мельницы в движение посредством мертвой воды».

Эта идея о невозможности получения работы «из ничего» (например, «мертвой воды») была развита потом Р. Декартом и другими мыслителями; в конечном итоге она привела к установлению всеобщего закона сохранения энергии. Но все это произошло намного позже. Пока же изобретатели гидравлических ppm разрабатывали все новые их варианты, объясняя каждый раз свои неудачи теми или иными частными недоработками.

^{Рис. 1.21. «Типовой» гидравлический двигатель}

Классическим примером гидравлического ppm может служить машина, показанная на рис. 1.21. Более сложный вариант такого двигателя (рис. 1.22), используемого в практических целях, взят из книги Г. Беккера «Новый театр машин» изданной в Нюренберге (1661). Этот двигатель, предназначенный для вращения точильного камня, был предложен итальянцем Якобом де Страда в 1575 г. (по другим источникам – в 1629 г.). Из нижнего водоема Sвинтовой насос Ошестерней, приводимой в движение от зубчатого колеса R,перекачивает воду в верхний лоток. Отсюда она сливается на колесо С, приводящее через вал Dв движение точильный камень. Через сложную систему передач (червяк и зубчатые колеса Е,G, Lи К)колесо Сприводит в движение и насос О.Для равномерности движения на вертикальном валу установлен маховик К.

Автор настолько уверен, что в поток Авода подается с избытком и ее хватит на все нужды, что через трубку Рсливает часть ее на смачивание точильного камня, у которого работает мастер. Здесь сделано все, что может предусмотреть опытный конструктор. Но в машине, которую он назвал «искусство верчения и кручения с двойной передачей», не учтено только одно обстоятельство: насос никогда не сможет поднять наверх столько воды, сколько нужно для рабочего колеса. Опыт каждый раз именно это и показывал.

^{Рис. 1.22. Гидравлический двигатель для привода точильного камня}

Одно из ухищрений, призванных обойти трудности, состояло в том, чтобы заставить воду подниматься (и сливаться) в меньшем перепаде высот. Для этого предусматривалась каскадная система из нескольких последовательно соединенных насосов и рабочих колес. Такая машина, описанная в книге уже известного нам Д. Уилкинса, показана на рис. 1.23. Подъем воды осуществляется винтовым насосом, состоящим из наклонной трубы АВ,в которой вращается ротор LM,показанный внизу отдельно. Он приводится в движение тремя рабочими колесами H, I, К,вода на которые подается из трех расположенных каскадом сосудов Е, F, G.В оценке этого двигателя Уилкинс, как и в описанных ранее случаях, оказался на высоте. Он не только отверг этот двигатель из общих соображений, но даже подсчитал, что для вращения спирали «нужно втрое больше воды для вращения, чем то количество, которое она подает наверх».

^{Рис. 1.23. Трехступенчатый каскадный гидравлический ppm с одним архимедовым винтом} 

Отметим, что Уилкинс, как и многие его современники, начал заниматься механикой и гидравликой с попыток изобрести вечный двигатель. Еще один пример стимулирующего действия ppm-1 на науку того времени!

«В первый раз, когда я подумал об этом изобретении, я с трудом удержался от того, чтобы подобно Архимеду не закричать «эврика».

Казалось, что, наконец, найдено легкое средство реализовать вечный двигатель», – писал он в 1684 г., вспоминая свои попытки создать гидравлический ppm из водяного колеса и винта Архимеда для подъема воды. Однако под влиянием экспериментальных неудач он нашел в себе силы провести теоретический анализ и перейти от беспочвенных фантазий к научному анализу.

Уилкинс дал первую классификацию способов построения вечных двигателей:

1) с помощью химической экстракции (эти проекты до нас не дошли);

2) с помощью свойств магнита;

3) с помощью сил тяжести.

Гидравлические ppm он относил (и совершенно правильно) к третьей группе.

В итоге Уилкинс написал четко и однозначно: «Я пришел к выводу, что это устройство не способно работать». Этот любитель науки – епископ – дал в XVII в. достойный пример того, как надо преодолевать заблуждения и находить истину. Если бы ему следовали дипломированные изобретатели ppm XX в.!

Среди других гидравлических ppm следует отметить машину польского иезуита Станислава Сольского, который для приведения в движение рабочего колеса использовал ведро с водой. В верхней точке насос наполнял ведро, оно опускалось, вращая колесо, в нижней точке опрокидывалось и пустое поднималось вверх; затем процесс повторялся. Королю Казимиру эта машина, которую патер демонстрировал в Варшаве (1661 г.), очень понравилась. Однако даже светские успехи титулованных изобретателей не могли скрыть того факта, что гидравлические ppm системы «насос – водяное колесо» на практике не работали. Нужны были новые идеи, используя которые, можно было бы поднять воду с нижнего уровня на верхний без затраты работы,не применяя механический насос. И такие идеи появились – как на основе использования уже известных явлений, так и в связи с новыми физическими открытиями.

Первая из идей, о которой нужно вспомнить, – использование сифона. Это устройство, известное еще с античных времен (оно упоминается у Герона Александрийского), использовалось для переливания воды или масла из сосуда, расположенного выше, в другой, расположенный ниже (рис. 1.24, а).Преимущество такого простого устройства, используемого и до сих пор, заключается в том, что можно отбирать жидкость из верхнего сосуда сверху, не делая отверстия в его дне или стенке. Единственное условие работы сифона – полное предварительное заполнение трубки жидкостью. Поскольку между верхним и нижним сосудами существует разность уровней, высота столба жидкости в длинном колене трубки больше, чем в коротком, на величину Н.Естественно, что жидкость будет самотеком переливаться из верхнего сосуда в нижний.

^{Рис. 1.24. Принцип действия сифонного гидравлического ppm: a – обычный сифон; б – «обратный» сифон с расширенным верхним коленом}

Возникает вопрос – как же можно использовать сифон для подъемаводы, если его назначение обратное – сливводы? Однако именно такая парадоксальная идея была выдвинута около 1600 г. и описана в книге «Новый театр машин и сооружений» (1607 г.) городским архитектором Падуи (Италия) Витторио Зонка. Она заключалась в том, чтобы сделать верхнее, короткое колено сифона толще – больше по диаметру (D » d),как показано на рис. 1.24, б.В этом случае, считал Зонка, вода в левом, толстом колене, несмотря на его меньшую, высоту перевесит воду в тонком колене и сифон потянет ее в противоположном направлении – из нижнего сосуда в верхний. Он писал: «Сила, которая проявляется в толстом колене, будет тянуть то, что входит через более узкое колено». На этом принципе и должен был работать ppm Зонки, показанный на рис. 1.25. Сифон забирал воду из, нижнего водоема справа в узкую трубу (правое колено сифона); вода из широкой трубы (левое колено сифона) сливалась в сосуд, расположенный выше водоема, откуда она подавалась на водяное колесо и сливалась снова в водоем. Колесо через вал вращало мельничный жернов.

^{Рис. 1.25. Сифонный гидравлический ppm В. Зонки для привода мельницы}

Эта оригинальная машина, естественно, работать не смогла, так как по законам гидравлики направление движения жидкости в сифоне зависит только от высот столбов жидкостии не зависит от их диаметра. Однако во времена Зонки об этом четкого представления у практиков не было, хотя уже в работах Стевина по гидравлике вопрос о давлении в жидкости был решен. Он продемонстрировал (1586 г.) «гидростатический парадокс» – давление в жидкости зависит только от высоты ее столба, а не от ее количества. Широко известным это положение стало позже, когда аналогичные опыты были вновь и более широко поставлены Блезом Паскалем (1623-1662 гг.). Но и они не были поняты многими инженерами и учеными, по-прежнему считавшими, что чем шире сосуд, тем больше давление содержащейся в нем жидкости. Жертвами подобных заблуждений были иногда даже люди, работавшие на самом переднем крае современной им науки и техники. Примером может служить сам Дени Папин (1647-1714 гг.) – изобретатель не только «папинова котла» и предохранительного клапана, но и центробежного насоса, а главное – первых паровых машин с цилиндром и поршнем. Папин даже установил зависимость давления пара от температуры и показал, как получать на ее основе и вакуум, и повышенное давление. Он был учеником Гюйгенса, переписывался с Лейбницем [9]9
  Который и подсказал Д. Папину идею сочетания поршня с цилиндром.


[Закрыть]и другими крупными учеными своего времени, состоял членом английского Королевского общества и Академии наук в Неаполе. И вот такой человек, который по праву считается крупным физиком и одним из основоположников современной теплоэнергетики (как создатель парового двигателя), работает и над вечным двигателем! Мало этого, он предлагает такой ppm, ошибочность принципа которого была совершенно очевидна и современной ему науке. Он публикует этот проект в журнале «Философские труды» (Лондон, 1685 г.).