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

• Название: Вечное движение. История одной навязчивой идеи
• Автор: Артур Орд-Хьюм
• Издательство: Знание
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1980

Идея вечного двигателя на протяжении веков казалась многим реальной, легко осуществимой. Но шло время, а вожделенная идея оставалась все такой же далекой от реализации, как и прежде. Тем не менее безуспешные, казалось бы, усилия изобретателей вечного двигателя сыграли определенную роль к истории научной мысли. Об этом и рассказывает книга, написанная .английским авиатором и инженером.

Для широкого круга читателей.

---

Инженеры семнадцатого столетия не обладали ни теоретическими познаниями, ни техническими возможностями для того, чтобы сконструировать зубчатые колеса, которые сцеплялись бы с минимальным трением. Вообще в те времена люди еще плохо представляли себе, что такое трение, хотя и использовали это явление в мельничном деле для транспортировки мешков с мукой[4].

Столь обычная сегодня конструкция шестерен, сцепленных с зубчатыми колесами большого диаметра, тогда еще только появилась. Но проблема изменения оси вращения на 90° уже была решена изобретением катка (wallower), приводимого в действие корончатым колесом (деревянное колесо, по окружности которого на одинаковом угловом расстоянии друг от друга закреплены небольшие штыри) или колесом, на ободе которого имелись зубцы, перпендикулярные его оси. Каток иногда назывался роликовым колесом, часовщики же именовали его фонарной шестеренкой[5]. Это столь полезное средство из арсенала механиков XVII века состояло из двух деревянных дисков, в каждом из которых по периферии был просверлен ряд отверстий. Кроме того, в центре дисков также были сделаны отверстия, через которые пропускался вал или ось механизма. Эти отверстия имели, как правило, квадратную форму, предохранявшую каток от проворота на оси.

Диски насаживались на вал на некотором расстоянии друг от друга, необходимом для работы всего механизма. Сквозь отверстия на периферии дисков пропускались деревянные стержни, которые соединяли диски наподобие фонаря или птичьей клетки. Когда каток сцеплялся с ведущим колесом, создавалась пригодная для работы зубчатая передача. В зависимости от типа этого колеса (корончатого или зубчатого) передача движения осуществлялась соответственно перпендикулярно или параллельно ведущей оси.

Все это описано в «Театре новых машин». Самым же впечатляющим в книге Беклера является постоянное стремление автора идейно связать излагаемый материал с представлениями о вечном движении.

Людям прошлого казалось, что наиболее доступным источником энергии для работы вечных двигателей является вода. Вероятно, такое мнение сложилось от того, что вода, повсюду окружающая человека, казалась ему ничего не стоящей. Это обстоятельство и вводило в заблуждение мельника, думавшего, что вода достается ему бесплатно. От него было скрыто, что купля-продажа воды происходит как бы в пересчете на единицу энергии, которая один лишь раз может быть затрачена на совершение полезной работы. Однако владельцы мельниц, на которых в период засух уменьшался напор воды, не рассматривали последнюю как бесплатный источник энергии. Они постоянно пытались заставить воду подниматься вверх и вновь совершать работу. Позднее умудренные опытом инженеры стали накапливать энергию, сооружая запруды со шлюзными воротами и создавая в них запасы воды для того, чтобы работа мельниц не прекращалась в засушливые периоды, когда естественный приток воды прекращался.

Инженерам позднего средневековья и Возрождения был известен по крайней мере один весьма надежный способ подъема воды на определенную высоту: если конец трубки, скрученной наподобие резьбы винта, опустить в воду, то она начнет подниматься вверх по трубке до тех пор, пока последняя будет вращаться. Это странное, но тем не менее идеально работающее изобретение, вошло в историю техники под названием архимедова винта. Теперь мы понимаем, что трубка архимедова винта должна была вращаться с помощью какой-то внешней силы.

Этого, однако, не знали люди средневековья, которые с искренним удивлением задавали вопрос: «Что может быть проще, чем соединить такой винт с водяным колесом мельницы? Ведь тогда мельница будет вращать винт, а винт приводить в движение мельницу!»

Рис. 6. Георг Амдреас Беклер описал большое количество самодвижущихся мельниц на основе винта Архимеда. Две из них изображены на рисунках, помещенных на 2-й и 3-х страницах обложки. На этом рисунке изображено устройство, в котором винт Архимеда применен для подъема воды, а колесо, напоминающее турбину, — для вращения жерновов мельницы.

Беклер так же, как и многие другие инженеры, жившие до и после него, разделял эту точку зрения. Все его многочисленные мельницы, тщательно нарисованные и любовно описанные, должны были работать именно на этом принципе. Более того, Беклер считал себя автором столь замечательной идеи и без ложной скромности провозглашал себя единственным и неповторимым гением-теоретиком (да и практиком тоже). Он свято верил в правоту выдвинутых им положений и походил тем самым на бесчисленное множество других «гениев», которые на протяжении многих лет горько жаловались на тупость и бездарность механиков, не умевших воплотить столь очевидные и ясно изложенные идеи в практически действовавшие механизмы. Интересной особенностью беклеровских вечных двигателей с архимедовым винтом является форма лопастей, очень напоминающая лопатки современных турбин.

Еще одно средство для подъема воды, приводящей в движение мельницу, состояло из ряда бачков, прикрепленных к веревке и образующих замкнутую цепь. Предполагалось, что эти бачки будут подавать воду прямо на мельничное колесо. Подобное самовращающееся колесо казалось современникам Беклера, вероятно, самым достоверным из его проектов. Колесо было сконструировано таким образом, что на одной его стороне постоянно оказывалось больше грузов. Поэтому изобретатель полагал, что оно не только будет все время вращаться, но и давать энергию, достаточную для работы водяного насоса. Колесный насос одного из вечных механизмов Беклера изображен на рис. 6.

Самовращающееся колесо было подвергнуто углубленному анализу выдающимся немецким философом Якобом Леупольдом, который в 1724 году опубликовал в Лейпциге книгу под названием «Общий театр машин»{36}. Целый ряд механизмов Беклера воспроизведен здесь с такой точностью, что невольно напрашивается вывод о прямом заимствовании из более ранней работы Беклера. Но в отличие от своего предшественника Леупольд, как уже говорилось, тщательно проанализировал работу самовращающегося колеса и пришел к выводу, что оно должно вращаться, так как суммарный момент, создаваемый грузами на одной его стороне, всегда будет превышать суммарный момент от грузов на противоположной (?!) стороне.

Нам не следует слишком строго судить Зимару, Беклера и других, ведь наши сегодняшние представления вобрали в себя мудрость, знания и опыт многих поколений исследователей. Напротив, мы должны быть им признательны за то, что они оставили нам письменное изложение знаний по механике и технике того периода, когда создание книги требовало поистине самоотверженных усилий. Уместно заметить также, что инженеры XVII века часто заблуждались, но никого никогда не дурачили. Этим они выгодно отличались от многих изобретателей более позднего времени.

Интересно, что вера в винт Архимеда как в средство для решения проблемы вечного движения была разрушена не кем иным, как Уилкинсом, епископом Честерским. Его книга «Математическая магия» вышла в свет в 1648 году, то есть на тридцать восемь лет раньше беклеровского «Театра». Уилкинсу было тогда тридцать четыре года, и, подобно многим духовным лицам XVII века, он был еще и ученым и писателем. Решив заняться разработкой (и описанием) машины вечного движения, он выполнил свое намерение с завидной скрупулезностью. В разделе книги, посвященном «водяным вечным двигателям», Уилкинс подробно говорит о преимуществах архимедова винта перед насосом, а затем продолжает: «Если рассматривать эти механизмы совместно, то может показаться, что построить вечный двигатель не так уже сложно. Для этого достаточно иметь водяное колесо, по которому бы опускался, приводя его в действие, ранее поднятый вверх поток воды. Это колесо вращало бы винт, поднимавший такое количество воды, которое было необходимо для движения всей машины в целом. Движение это было бы непрерывным, поскольку количество воды, выносимое вверх вращающимся винтом, равняется количеству воды, падающему по колесу вниз. Если же окажется, что действия воды на одно колесо недостаточно для приведения в движение архимедова винта, то почему бы не использовать несколько колес: два, три — словом столько, сколько позволяют размеры всей машины.

Рис. 7. В 1648 году епископ Уилкинс тщательно изучил действие архимедова винта и пришел к твердому убеждению, что на основе этого устройства невозможно создать вечный двигатель.

Обратимся теперь к рисунку. Здесь деталь LM, изображенная внизу, представляет собой деревянный цилиндр, в котором вырезан спиральный желоб. В устройстве этот цилиндр закрывается жестяными пластинами АВ. Три водяных колеса отмечены буквами H, I, K, а расположенный внизу резервуар с водой — буквами СD. При вращении цилиндра вся вода, которая поднимается им из резервуара вверх, будет поступать в сосуд Е, а из этого сосуда выливаться на колесо Н и, следовательно, вращать и колесо и весь винт в целом. Если же для вращения винта количества воды, падающего на колесо H, окажется недостаточно, тогда можно будет использовать воду, стекающую с этого колеса в сосуд F и попадающую далее на колесо I. В результате этого сила действия воды удвоится. Если же и этого окажется недостаточно, тогда вода, поступающая на второе колесо I, может быть направлена в сосуд G и на третье колесо K. Этот каскад можно продолжить, установив такое количество дополнительных колес, какое позволяют размеры всего устройства. Однако увеличение числа колес утяжеляет винт и для его вращения потребуется воды больше, чем он сможет поднять. Но если вода будет в избытке, то почему бы не использовать часть ее на хозяйственные нужды (при условии, конечно, что оставшейся воды будет достаточно для вращения винта)?