Что вечно не работает
Побывав летом в «Парке научных развлечений» г. Перми меня заинтересовала работа механизма «Вечный двигатель» и мне захотелось узнать принцип его работы.
Двигатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Например, водяное колесо, или ветреная мельница — это простейшие виды двигателя. То есть, чтобы привести в работу мельницу, ветер дует на лопасти мельницы, приводя в движение жернова. Но как только ветер прекращается, лопасти останавливаются. А значит и работа двигателя останавливается. [1]
Вечный двигатель (лат. PERPETUUM MOBILE ) – воображаемое неограниченно долго работающее устройство без затрат топлива, получающее большее количество энергии, чем истрачено при его запуске.
В настоящее время ученые считают, что согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Однако идея вечного двигателя настолько привлекательна, что попытки его создать не прекращаются.[1]
Так почему же при наличии большого количества моделей вечный двигатель не работает без остановки? Постараемся в этом разобраться.
Цель работы: выявить принципы работы вечного двигателя.
Изучить литературу и интернет источники о вечном двигателе.
Провести испытание работы модели вечного двигателя, его прототипов и выявить время их работы.
Перечислить причины почему ни одна его модель до сих пор не работает.
Гипотеза: мы предполагаем, что среди всех моделей есть такие механизмы, которые в будущем при устранении некоторых воздействующих на них сил смогут работать.
Причины для изучения проблемы: заинтересованность особенностями работы вечного двигателя.
Практическая значимость работы: изучение данной проблемы позволило мне ознакомиться с техническими характеристиками вечного двигателя и основными законами физики, связанными с работой вечного двигателя.
Анализ прочитанной литературы;
Глава 1. Основные модели вечного двигателя.
С древности люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Позже этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или Вечный двигатель. Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, используя как уже открытые модели, так и пытаясь создать что-то новое. В конце концов, разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное. [ 2]
В настоящее время родиной вечных двигателей считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает колесо с прикрепленными по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип его действия был основан на различии перемещающейся тяжести внутри сосудов.
Когда вращалось колесо, ртуть перетекала из одного конца ёмкости в другой, заставляя колесо совершить очередной оборот и должно само по себе вращаться бесконечно. Но двигатель в итоге останавливался, так как здесь срабатывает закон физики, который был позже открыт.
Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся ко времени развития механики в 13-14 веках. Среди рисунков знаменитого Леонардо да Винчи была найдена гравюра с чертежом подобной машины. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]
К 16-17 векам идея вечного двигателя получила особо широкое распространение. «Эпидемия» создания вечного двигателя разразилась в Англии и во Франции в середине 17 века. В 1678г. во Франции даже издавался научный журнал, в котором систематически публиковалась информация о вечных двигателях. Создавали такие двигатели не для собственного удовольствия, а в надежде на применение. В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. И даже после этого создание их не прекратилось. В течение 150 последующих лет патентные ведомства стран Европы и США выдали на подобные механизмы около тысячи патентов. На сегодняшний день существуют тысячи проектов вечного двигателя. Все они, разумеется, по разным причинам, не работают так как хотелось бы.
Наиболее часто встречающейся моделью является колесо с различными спицами, зубьями или просто с грузами внутри.
По идее перемещение различных тяжестей внутри колеса должно обеспечивать его вращение. Однако, колесо, даже если и вращается какое-то время, затем всегда останавливается. Причина проста — закон всемирного тяготения или, проще говоря, сила тяжести. Любой предмет вниз будет двигаться быстрее чем вверх. Рано или поздно это и остановит вращение.
Для преодоления этого закона необходимо все движущиеся детали вечного двигателя располагать строго горизонтально. Тогда сила тяжести, при их движении, будет оказывать одинаковое воздействие на все детали в любом их положении. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]
Похожая проблема возникает в проектах вечного двигателя, основанных на силе магнита. Изобретатели, как правило не учитывают, что сила магнитного притяжения будет уравновешиваться силой тяжести. [ 6]
Шарик, поднявшись вверх по желобу, не сможет свободно спуститься. Магнит будет его тормозить. В результате у шарика не хватит энергии повторить подъем.
Следующая модель работает на основе закона Архимеда. Вода, поднимаясь по винту Архимеда в верхней точке переливается последовательно в чаши при этом вращая лопасти водяных колес, которые вращают Архимедов винт, который поднимает воду и так по кругу до бесконечности.
Эта модель действительно могла бы работать если бы не сила трения, возникающая при вращении винта, которая в конечном итоге его и остановит.
Если когда-нибудь наши ученые создадут вещество, которое сможет устранить полностью силу трения….тогда целый ряд моделей вечного двигателя окажутся реально работающими и ученым придется пересмотреть закон сохранения энергии. [https://ru.wikipedia.org/wiki Веч ]
Глава 2. Современные прототипы вечных двигателей.
В настоящее время мы тоже можем наблюдать механизмы основанные на идее работы вечного двигателя. Это декоративные конструкции, работающие по принципу маятника. Они имеются в продаже, мы можем их приобрести и испытать. Одни механизмы вращаются вокруг оси. Другие работают за счет постоянного смещения движущихся деталей.
В «Парке научных развлечений» мы смогли понаблюдать за работой следующих механизмов.
Потянув крайний правый шарик, мы наблюдаем странную картину: средние шарики остаются неподвижными и лишь крайний слева взмывает вверх и возвращает толчок кой же силы снова правому шару. На самом деле, если присмотреться средние шарики чуть заметно «вздрагивают», то есть то же совершают действие, успевая передать импульс соседнему шарику и остановиться. Последний шарик, не имея перед собой «препятствия», свободно движется, поднимаясь на высоту, затем возвращается, и все повторяется в обратном направлении.
Чтобы маятник начал двигаться, необходимо намотать на ось ленты, на которых держится колесо. Отпустив колесо, ленты будут то разматываться, то
обратно заматываться на ось. Колесо будет то опускаться, то подниматься, но скоро остановится из-за того, что в системе присутствует сила трения и земное притяжение. В окружающем мире маятник можно увидеть в виде игрушки йо-йо, прародителем которой является маятник Максвелла.
Шарики подвешены на оси на нити разной длины. Приводится в движение рычагом, который сначала выравнивает положение всех шаров, а затем приводит их в движение. Почему движения маятника на синхронны? Дело в том, что частота колебаний маятника зависит от длины подвеса. Чем длиннее подвес, тем меньше частота. Частота подобрана так, что через некоторое время после синхронного запуска мы увидим модель «бегущей волны». Потом эта «бегущая волна» пропадает, и мы можем наблюдать «стоячую волну».
Приводится в движении при помощи ручки, которую необходимо прокрутить по часовой или против часовой стрелке. Через некоторое время он начинает двигаться хаотично. Его части взаимно влияют друг на друга, и энергия может перераспределяться между ними абсолютно непредсказуемо и уникально. Одна из них может остановиться, а другая в это же время начать вращаться. Движения данного маятника – наглядный пример хаотических процессов, который нельзя (или очень сложно) описать математически.
П о идее древних инженеров, продумавших данный механизм, это колесо должно крутиться вечно. В основе задумки лежит правило рычага. Одна из его формулировок: для уравновешивания груза на длинном рычаге требуется больше усилия, чем для уравновешивания груза на коротком. Проверить утверждение просто. Попробуйте удержать сумку (или предмет потяжелее) на вытянутой руке. Затем прижмите руку ближе к груди. Чувствуете разницу? На вытянутой руке труднее удержать, так как рука — это как бы рычаг. Прижав руку к груди, мы утрачиваем рычаг, поэтому и удержать проще. Так думали и создатели двигателя. Более длинные рычаги должны перевешивать. При повороте будут подключаться новые шарниры – рычаги, откидываясь под действием своей тяжести. В идеале это должно продолжаться вечно. Причина, по которой данный двигатель не работает вечно проста. Да, рычаги справа – длиннее. Но слева грузиков-рычагов больше, чем справа. Их количество компенсирует действие длинных рычагов. И еще, при вращении, работает сила трения. Именно поэтому колесо не будет вращаться вечно.
Глава 3. Практическая часть.
Анкетирование. (приложение 1)
Цель: Выявление информированности учащихся 3-х классов о возможности создания вечного двигателя.
В анкетировании приняли участие 21 ученик 3 Б класса МАОУ «СОШ № 25».
Источник
Почему невозможен вечный двигатель?
Идея создания двигателя, который будет работать вечно, сам по себе и обеспечит человечество дармовой энергией с давних времён будоражит умы учёных и изобретателей. Было создано много весьма остроумных проектов вечных двигателей, впрочем все их объединяет одно — они не работают.
Как известно вечные двигатели первого рода не могут работать из-за закона сохранения энергии, а вечные двигатели второго рода — из-за второго начала термодинамики.
Тем не менее на ютубе представлено довольно много якобы работающих вечных двигателей. В этой статье я бы хотел остановиться на причинах, по которым поделки представленные на видео не могут работать, а также высказать свои мысли по поводу того, каким образом авторам удалось добиться иллюзии работы этих устройств.
Несбалансированное колесо
Одним из самых просматриваемых на ютубе видео с якобы работающим вечным двигателем является двигатель представленный на гифке ниже.
На момент публикации данной статьи видео собрало 11 миллионов просмотров. На первый взгляд всё гениальное — просто. Вода в бутылках переливается, одна сторона колеса перевешивает вторую и колесо приходит во вращательное движение.
На самом деле эта идея совсем не нова и впервые пришла в голову, по видимому, древнеиндийскому математику Бхаскаре Второму. Вечные двигатели такого типа безуспешно пытались создавать сотни изобретателей с давних времён и до наших дней, но безуспешно. Включая, к примеру, таких выдающихся учёных и мыслителей как Игоанн Бесслер и Леонардо да Винчи.
Но вот у да Винчи не получилось, зато у ютубера с ником «тёплый кофе» получилось собрать такой двигатель из старого велосипедного колеса, пластиковых бутылок и пластмассовых хомутов. Звучит правдоподобно (нет). В ходе видео автор показывает агрегат со всех сторон и на первый взгляд не видно, чтобы к колесу каким-то образом подводились внешние источники энергии.
Тем не менее это всего-лишь несложный фокус и не более того. Мы ведь глядя на трюки иллюзионистов не считаем на полном серьёзе, что они и впрямь владеют магией, даже если с первого взгляда и трудно понять, как осуществлён тот или иной трюк.
В случае с якобы работающим колесом Бхаскары возможны два варианта:
1) Автору удалось каким-то образом очень сильно понизить трение внутри колеса. Система с низким трением действительно может вращаться довольно долго без видимых признаков замедления, но тем не менее все равно рано или поздно остановится. Наглядным примером являются популярные несколько лет назад спиннеры.
2) К колесу все же подведён внешний источник энергии. Наиболее вероятным является использование воздуходувки, т.е. напарник автора видео стоит за пределами кадра и с помощью воздуходувки дует на колесо, тем самым вызывая его вращение. Звук мерно крутящегося колеса в этом варианте записан отдельно и наложен на видео, а звук работающей воздуходувки вырезан.
Магнитная Рампа
Вторым примером якобы работающего вечного двигателя является реализация магнитного двигателя Джона Уилкинса. Выглядит и правда впечатляюще, но также как и в случае с предыдущим вариантом представляет собой простой обман.
Магнит расположенный сверху по видимому представляет собой муляж, а у основания тумбы закреплён электромагнит, запитанный от внешнего источника электроэнергии. Желобок на рампе по которому шарик катится вверх содержит два электрода из цепи, в которую входит электромагнит. Шарик оказываясь на рампе замыкает цепь, на электромагнит подается напряжение и шарик притягивается вверх по рампе. Как только шарик достигает отверстия в рампе, т.е перестает замыкать цепь — электромагнит выключается и шарик свободно падает. Затем шарик скатывается вниз и по инерции вновь влетает на рампу, где вновь замыкает цепь и так далее, пока не кончится электроэнергия в источнике питания электромагнита.
Как говорится: вечные двигатели — отличная штука, жаль только батарейки приходится часто менять.
Почему этот двигатель неработоспособен? Все очень просто. Сила притяжения магнита обратно пропорциональна квадрату расстояния. Т.е. сила притягивающая шарик внизу рампы была бы во много раз меньше, чем сила притягивающая шарик в непосредственной близости от магнита. Нет ни одной причины, по которой шарик не притянулся бы и не прилип к магниту, кроме одной — сила притяжения магнита в момент прохождения шарика над отверстием исчезает.
Заключение
Примерно так же обстоит дело с любым другим якобы работающим вечным двигателем на ютубе. Вопрос, которым нужно задаваться не «как он работает», а «как к нему подведен скрытый источник энергии».
При этом стоит сказать, что вполне могут работать так называемые псевдовечные двигатели. Т.е. двигатели использующие энергию окружающей среды, например энергию ветра, солнца, суточные колебания влажности и давления и т.п. Такие двигатели действительно могут работать весьма долго, но не будут являться вечными двигателями в прямом смысле этого понятия.
Вечный двигатель должен либо совершать больше работы, чем получать энергии (вечный двигатель первого рода), либо использовать 100% своей полученной энергии для совершения работы (вечный двигатель второго рода). Т.е. КПД вечного двигателя должен быть 100% или выше, чего очевидным образом у всевозможных ветряков и солнечных батарей не наблюдается.
Ставьте палец вверх если хотите видеть в своей ленте больше статей о космосе!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
Источник