Артур Орд-Хьюм - Вечное движение. История одной навязчивой идеи

Тем не менее в 1269 году, находясь в военном лагере среди войск, осаждавших итальянский город Лючеру, Перегрино написал свое знаменитое «Послание о магните». Для нас наибольший интерес представляет та часть «Послания», в которой говорится о перпетуум мобиле{49}. Перегрино описывает устройство зубчатого железного колеса, расположенного по отношению к магниту таким образом, что каждый зубец в определенный момент времени оказывался наведенным на этот магнит. Каким-то необъяснимым образом отталкиваясь от магнита, зубец поворачивал все колесо, вследствие чего позицию наведения на магнит занимал следующий зубец. Сам Перегрино считал, что установка приходит во вращение за счет какого-то значительного по величине стороннего импульса, без которого совершение первого цикла работы было бы невозможно.

В 1570 году иезуит Иоганн Тэснериус предложил устройство, приводимое в действие с помощью природного магнита. Это был первый «магнитный» вечный двигатель, описание которого сопровождалось иллюстрацией. Под действием магнита, который изобретатель поместил на верх колонны, металлические шары должны были вкатываться по прислоненной к колонне наклонной плоскости{50}.

Я уже упоминал о сочинении епископа Уилкинса «Математическая магия». Епископ подробно изучил проекты Тэснериуса по книге, опубликованной отцом иезуитом до 1579 года и посвященной решению проблем вечного движения с помощью магнетизма.

Комментируя принцип действия «колонны Тэснериуса» Уилкинс писал: «Среди всех изобретений этого рода наиболее достоверным представляется устройство, в котором природный магнит установлен таким образом, чтобы притягивать стальное ядро, движущееся вверх по наклонной плоскости. Приблизившись к магниту, ядро падает вниз через отверстие на плоскости и затем возвращается к тому месту, откуда началось его движение. Далее магнит снова начинает притягивать ядро, заставляя его двигаться вверх до тех пор, пока оно вновь не достигнет отверстия и не упадет вниз. Движение ядра будет вечным, что легко понять, глядя на рисунок».

Рис. 22. Самый изящный и самый простой из всех проектов вечных двигателей, когда-либо созданных! Американский изобретатель Ф. Дж. Вудворд считал, что если между двумя вращающимися цилиндрами поместить тяжелое кольцеобразное колесо, одна половина этого колеса всегда будет тяжелее другой. К сожалению, изобретатель ошибался.

Далее Уилкинс объяснял, что хотя природный магнит и не обладает силой притяжения, достаточной для подъема шара прямо с земли, это легко можно сделать с помощью магнита и наклонной плоскости.

Нетрудно видеть, однако, что если магнит будет обладать силой притяжения, достаточной для подъема шара по уклону, то он вряд ли позволит шару упасть вниз через отверстие. Следовательно, маловероятно, чтобы шар вернулся к исходной точке своего движения. К такому же заключению пришел и епископ Уилкинс, считавший, что в данном случае движение вообще невозможно, не говоря уже о движении вечном. Но он замечал при этом: «Итак, ни один из этих ранее проведенных магнетических экспериментов не в состоянии обеспечить вечное движение. Тем не менее я полагаю, что в будущем свойства магнита все- таки могут быть использованы при создании вечного двигателя».

Как видно, вера в осуществление идеи вечного движения так никогда и не покидала досточтимого священнослужителя.

Сердечники из магнито-мягкого материала, скользящие по спицам колес и притягивающиеся к неподвижно установленным магнитам, превращая нашего старого знакомца неуравновешенное колесо в колесо магнитоуправляемое, — вот идея, которая привлекала многих изобретателей начала девятнадцатого столетия. Впервые она была, вероятно, высказана англичанином У. Стефаном. Конструкция его перпетуум мобиле (1799) состояла из деревянного колеса с прямоугольными прорезями, в которых скользили намагниченные железные бруски. Колесо вращалось между магнитами противоположных полярностей.

Рис. 23. Магнит поднимает стальной шар по наклонной плоскости до тех пор, пока он не проваливается в отверстие в верхней части плоскости. Далее шар скатывается вниз и через отверстие в нижней части плоскости возвращается к началу движения. В дальнейшем магнит вновь притягивает шар и т. д.

Многие изобретатели тратили время и силы, пытаясь найти или создать особое вещество, которое нейтрализовало бы действие магнитной силы. Пластина из такого вещества, помещенная между магнитом и сердечником, должна была в нужные моменты как бы включать и выключать магнитное притяжение. Предполагалось использовать этот эффект для непрерывного вращения медного колеса, несущего на спицах скользящие железные грузы и расположенного между двумя магнитами. Сколько изобретателей претендовало на открытие такого чудо-вещества! Самое интересное из этих «открытий» сделал башмачник из шотландского городка Линлитгоу по фамилии Спенс. Он заявил, что нашел некое черное вещество, нейтрализующее действие магнитного притяжения и отталкивания, и изготовил две машины, движущиеся благодаря использованию этого вещества. Жульничество было очень быстро раскрыто, но стоит упомянуть о том, что сэр Дэвид Брюстер (1781—1868), известный физик (и, кстати, изобретатель калейдоскопа), поддался на обман и счел нужным упомянуть об изобретении Спенса в «Анналес де хими» за 1818 год. «Мистер Плейфэер и капитан Катер осмотрели обе машины и с удовлетворением пришли к выводу, что проблема вечного движения решена», — писал Брюстер{51}. На самом же деле ни сам Спенс, ни его черное вещество не смогли обойти законы термодинамики.

Рис. 24. а) Лондонец В. Стефан получил патент на этот механизм в 1799 году. Магниты, скользящие в прорезях сплошного колеса, выполняют роль неуравновешенных грузов, с помощью которых одна сторона колеса становится тяжелее другой. Полюса поочередно притягиваются или отталкиваются магнитами, прикрепленными к поворотным опорам с каждой стороны колеса; б) Стальной шар С постоянно притягивается к магниту В, который расположен так, что под его влиянием вращается колесо со щелями на ободе. Пока шар движется, вращается и колесо. Так во всяком случае считал изобретатель, который не учел, однако, что сила тяжести и магнитное притяжение уравновешивают друг друга.

Не менее абсурдными были попытки найти средство, способное приостанавливать действие силы тяжести. А поиски такого средства стимулировались все той же проблемой перпетуум мобиле. Некоторые ученые мужи утверждали, что ключом к решению проблемы вечного двигателя является создание «прерывателя» действия силы тяжести, с помощью которого уже хорошо знакомое нам неуравновешенное колесо действительно превратилось бы в перпетуум мобиле. Этот простейший механизм состоял бы из закрепленного на оси самого обычного колеса, одна половина которого находилась над «прерывателем». Незащищенная от действия силы тяжести половина колеса всегда была бы тяжелее, и колесо смогло бы вращаться с большой скоростью.

К началу девятнадцатого столетия относятся первые, еще робкие шаги в области исследований электромагнетизма (явление статического электричества было изучено ранее). Со времени водяных мельниц наука шагнула далеко вперед. Подвинулись в своих поисках волшебного «эликсира движения» и изобретатели «вечных двигателей». Вода как источник энергии уступила место неуравновешенным грузам, затем им на смену пришли магниты и электричество. В тот период, когда природа многих физических явлений оставалась еще очень неясной (вспомним хотя бы епископа Уилкинса с его металлическим шаром, притягиваемым вверх по наклонной плоскости природным магнитом), попытки ученых использовать явление магнетизма наталкивались и на целый ряд практических трудностей. Однако пришло время, когда навыки, приобретенные механиками и в часовом деле, и в конструировании различных машин, могли быть использованы энтузиастами идеи вечного движения. Хорошо уравновешенные колеса на драгоценных камнях, «доведенные» или отполированные скользящие части, высокоточные детали — все это позволило уменьшить силу трения, а вместе с тем повысить шансы на успех создателей перпетуум мобиле. Не нужно было более тратить усилия на поиски антимагнитов, «прерывателей» действия силы тяжести и тому подобные вещи. Все внимание изобретателей сосредоточилось теперь на электромагнитных явлениях.

И вот появился проект колеса, приводимого во вращение кривошипом, который был связан с подвижным контактом электромагнита. Когда цепь питания электромагнита замыкалась, магнитное притяжение толкало связующий шток и поворачивало колесо. В процессе вращения колеса питание к электромагниту подводилось с помощью двух угольных щеток. После того как колесо совершало полный оборот, ток питания прерывался, затем вновь включался (для совершения следующего оборота) и так далее. Автор этого проекта считал, что, начав однажды движение, колесо будет вращаться, пока детали его не износятся. Увы, изобретатель заблуждался — неизбежные потери энергии на трение и электрическое сопротивление делают и этот проект совершенно несбыточным. Что касается установок, использующих неуравновешенные колеса, то некоторые оптимисты пытались вмонтировать в них пружины, чтобы усилить эффект вращения, совершенно забывая о том, что для сжатия и растяжения самой пружины нужна дополнительная энергия, причем гораздо большая, чем та, которую вырабатывает установка.