Артур Орд-Хьюм - Вечное движение. История одной навязчивой идеи
Но прежде чем рассказать об этих изобретениях, я хотел бы рассмотреть несколько весьма своеобразных схем гидростатических вечных двигателей.
Рис. 26. Схема вечного движения, предложенная Р. Бойлем.
Гидростатический парадокс, который заключается в том, что очень малое количество жидкости уравновешивает очень большое ее количество, неоднократно предлагался в качестве способа построения очередного перпетуум мобиле{53}. Устройство, описанное физиком Дени Папеном (1647—1712){54} в «Философикэл транзекшнс» за 1685 год, по существу ничем не отличается от схемы вечного двигателя, приведенной на рис. 26. Изображенный на рисунке кубок может быть сделан из любого материала, но лучше всего, если он выдут из стекла. Ножка кубка имеет форму сужающейся полой трубки, которая загибается кверху и открытым своим концом нависает над кубком. Гипотеза изобретателя, конечно же наивная с нашей точки зрения, состоит в следующем. Площадь поперечного сечения кубка в любой его плоскости больше площади поперечного сечения трубки. Поэтому под действием силы, создаваемой жидкостью в кубке, последняя будет передавливаться в полую трубку; гидростатическое равновесие в конце концов нарушится и жидкость будет выливаться обратно в кубок. Автор проекта искренне верил в то, что, однажды начавшись, такой круговорот воды никогда не остановится, и жидкость будет течь по замкнутому контуру, пока не испарится. Доводом в пользу этого мнения служило то, что пинта воды в кубке весит больше, чем унция воды в трубке[10]. Естественно, изобретатель был обескуражен результатом эксперимента, показавшего, что уровень воды и в самом кубке, и в его узкой изогнутой ножке одинаков.
Аналогичная схема гидростатического вечного двигателя была предложена аббатом де ла Рок и описана им на страницах парижского «Журналь де Саване» (1686). Устройство представляло собой U-образную трубку, колена которой имели разную длину. Трубка была установлена наклонно так, чтобы жидкость могла перетекать из длинного колена в отверстие более короткого. На этом простота устройства и оканчивалась, потому что короткое колено должно быть сделано из воска, а длинное — из металла. Полагая, что жидкость в металлической трубке «более сгущена», чем в восковой, изобретатель надеялся получить непрерывное, вечное движение жидкости из металлического колена в восковое (и далее по замкнутому контуру).
Неудачи очень многих авторов проектов перпетуум мобиле можно объяснить слабой научной подготовкой, а иногда и отсутствием элементарных знаний по физике. Этого, однако, никак нельзя сказать о знаменитом математике и философе Иоганне Бернулли (1667—1748), который также пытался создать вечно действующее устройство{55}.
Вот описание схемы вечного двигателя Бернулли в переводе с латыни.
«Прежде всего сформулируем следующие условия:
1. Если имеются две жидкости, отношение плотностей которых выражается дробью вида G/L, то отношение высот равных по весу столбов этих жидкостей, находящихся в цилиндрах равного радиуса, выражается обратной дробью, а именно L/G.
2. Соответственно, если высота столба одной жидкости AC, содержащейся в сосуде ACDB находится в указанном отношении к высоте столба EF другой жидкости, помещенной в открытую с обоих концов трубку, так, как это показано на рисунке, то жидкости будут пребывать в состоянии покоя.
3. Но если отношение AC/EF будет больше отношения L/G, то жидкость в трубке будет подниматься и выливаться через ее край, если длина трубки EF недостаточно велика (это следует из гидростатического принципа).
4. Возможно наличие двух несмешивающихся разноплотных жидкостей.
5. С помощью фильтра, дуршлага или какого-нибудь другого сепаратора можно отделить легкую жидкость, смешанную с более тяжелой».
«Конструкция устройства. Приняв во внимание сформулированные выше условия, я предложил следующий проект вечного двигателя. Возьмем две любые порции разноплотных жидкостей (для определенности — равных объемов) и наполним ими сосуд ACDB до уровня А. Пусть отношение плотностей этих жидкостей будет выражаться отношением G/L. Возьмем затем открытую с обоих концов трубку EF такой длины, что AC/EF > 2L/G+L. Закроем нижнее отверстие F трубки фильтром или каким-либо материалом, отделяющим более легкую жидкость от более тяжелой (см. условие 5). Установим подготовленную таким образом трубку на дно сосуда. Я утверждаю, что жидкость будет непрерывно проходить через фильтр в отверстии F трубки и выливаться через ее край Е обратно в сосуд.
Рис. 27. Схема вечного двигателя Бернулли.
Доказательство. Согласно конструкции устройства отверстие F закрыто фильтром, который отделяет более легкую жидкость от более тяжелой. Поэтому при погружении трубки в сосуд более легкая жидкость должна через фильтр подняться вверх. Уровень жидкости в трубке при этом превысит уровень жидкости в сосуде (см. условие 2) и будет повышаться до тех пор, пока не будет достигнуто равенство AC/EF = 2L/G+L. Но поскольку конструкция устройства выполнена так, что AC/EF > 2L/G+L, более легкая жидкость непременно должна стекать в сосуд и вновь смешиваться там с более тяжелой жидкостью. Затем она вновь будет просачиваться через фильтр, подымать уровень жидкости в трубке и вновь возвращаться в сосуд. Таким образом движение жидкости будет длиться вечно».
С помощью своей теории Бернулли объяснял непрерывный подъем воды в горы и стекание рек в моря, полагал в противовес «ложной теории капиллярных сил», что истинной причиной круговорота воды в природе является разность плотностей соленой и пресной воды.
Эта замечательная теория, столь искусно изложенная авторитетным ученым, оставляет читателя в недоумении, ибо он должен, с одной стороны, выбирать между стройными и продуманными гипотезами, безупречной логикой доказательств, построенных в духе античности, и с другой стороны, столь важными выводами, основанными на весьма зыбком фундаменте.
В отличие от Бернулли, верившего в возможность создания перпетуум мобиле на основе различия плотностей жидкостей, Роберт Бойль (1627—1691) был убежден, что ключом к решению проблемы вечного движения являются капиллярные силы{56}. Он считал, что некоторые явления природы могут быть объяснены исключительно действием этих сил. Размышления Бойля о капиллярных силах появились сперва в журнале «Атлас», а затем в 1827 году были перепечатаны журналом «Микэникс мэгэзин». «В природе постоянно имеет место огромное количество явлений, которые заставляют думать, что источником, дающим начало ручьям и рекам на вершинах и склонах гор, является возникающее под действием капиллярных сил скопление воды на возвышениях земного рельефа. Эти капиллярные силы действуют в больших скоплениях пористого материала или слоистых веществ».
Рис. 28. Вечный двигатель Уильяма Конгрева с цепью из губок.
Пропитываясь водой, эти массы со временем становятся источниками, питающими ручьи и дающими начало рекам. В масштабах всей земли непрерывный круговорот поднимающихся вверх и вновь стекающих вниз вод и создает, как считал Бойль, вечное движение в самом прямом понимании этого термина. Однако вполне вероятно, что любая имитация этих явлений в искусственных лабораторных условиях не даст желаемого эффекта. Природа за счет огромного диапазона совершаемых в ней явлений способна создать непрерывный процесс, но простое копирование его человеком с помощью механических средств обречено на неудачу.
Рис. 29. Это устройство с цепью из губок изобрел около 1870 года Уильям Чейпер из Филадельфии. Правая половина замкнутой цепи находится в баке с водой. Предполагается, что трение губок о дно бака отсутствует.
В основу вечного двигателя, предложенного сэром Уильямом Конгревом (1772—1828), также положено капиллярное притяжение. Сэр Уильям, политический деятель и инженер, изобретатель названной его именем ракеты, занимался проблемой вечного движения в 1827 году, набираясь сил после изнурительной болезни{57}.
Рис. 30. Было предложено множество вариантов «поплавковых» моторов. Наиболее распространенный показан на рисунке. Колесо установлено таким образом, что одна его половина находится вне жидкости, в воздухе или вакуумной камере. Под действием выталкивающей силы на погруженную в жидкость часть колеса последнее приходит во вращение. В проекте не решена проблема создания водонепроницаемого затвора.
