Артур Орд-Хьюм - Вечное движение. История одной навязчивой идеи
Странно, однако, что Шотт не заметил ошибочности идеи, делающей весь проект неосуществимым, ибо она видна даже из беглого ознакомления с ним. Поскольку изобретатель сконструировал «возвратные» колеса большего диаметра, чем «ведущие», ни один из падающих вниз шаров не достигнет верха конструкции. Причина этого заключается в том, что шар, находящийся в углублении колеса большего диаметра, создает больший вращающий момент, нежели шар, находящийся на меньшем колесе. Вращение колес, едва начавшись, прекратится, и система придет в равновесие (см. об этом четвертую главу).
Сам Шотт высказал идеи по крайней мере двух вечных двигателей. Одним из них было устройство, предназначенное для подзавода различных механизмов. Оно содержало «бесконечный» (замкнутый) ремень, приводимый в движение шарами. Шары располагались на опускавшейся части ремня, несущего маленькие черпаки. Достигнув нижней части устройства, шары поднимались вверх, и весь цикл повторялся.
Раздумывал о конструкции часов с катящимися шарами и итальянский иезуит Франческо Эсчинарди, родившийся в 1623 году и умерший около 1700 года. В книге «Отчеты отца Франческо Эсчинарди... его парижскому другу» содержится описание часового механизма, предназначенного для использования на кораблях. Автор писал, что в начале 1670 года он вместе с князем Леопольдом Медичи сконструировал часы, которыми можно было пользоваться, находясь в открытом море. При этом он весьма скептически отзывался о часах, приводимых в действие падающими грузами. Такие часовые механизмы, по его мнению, показывали время с большой ошибкой. В своих «Отчетах» Франческо Эсчинарди обнаружил глубокие познания в сложной проблеме точного определения времени в открытом море, которая была полностью решена лишь с изобретением хронометра Гаррисоном в 1735 году. В часах, сконструированных отцом-иезуитом, вместо пружин или тяжелых грузов использовались корончатое колесо и барабан, который обвивала цепь с маленькими черпаками в форме чашек. Через отверстия, находящиеся над цепью, шар падал в один из черпаков и тянул цепь вниз, вращая при этом вал. Внизу шар выпадал из черпака и оказывался на пружинном спусковом устройстве, с помощью которого второй шар попадал на цепь с черпаками. Достигнув нижней части устройства, этот второй шар толкал первый так, что, когда второй шар выпадал из чашки, первый мог вновь попасть на цепь с черпаками и, приводя ее в движение, повторял весь цикл. По мнению автора, конструкция представляла собой вечный двигатель.
Правда, было неясно, каким образом Эсчинарди собирался поддерживать работу часов. Похоже, он рассчитывал на то, что каждый шар, выпадая из черпака и оказываясь на спусковом устройстве, подзаводил бы пружину, обеспечивавшую ход часов. Невозможно не восхищаться той твердой убежденностью, с которой почтенный святой отец верил, что энергии падающего шара будет достаточно не только для того, чтобы поднять вверх равный по весу шар, но и сообщить импульс, необходимый для подзавода пружины.
В своем «Сборнике сочинений о достопримечательностях математики и механики», опубликованном в 1719 году, Гролье де Сервьер (1596—1689) описал четыре типа часов с катящимися шарами. Именно благодаря этой книге часы подобной конструкции стали известны мастерам часового дела в разных странах мира.
Первые часы Сервьера имели форму шестигранной башни, в основании которой помещался собственно часовой механизм. Купол башни поддерживался шестью колоннами. Вокруг башенных колонн с их внешней стороны спирально тянулись два параллельных медных желоба, по которым металлический шар медленно катился сверху вниз. Так и не установлено, каким образом движение шаров по наклонным желобам приводило в действие часовой механизм. Вторые часы Сервьера имели аналогичную конструкцию, единственное отличие их от первых заключалось в том, что шар возвращался в верхнюю точку траектории с помощью системы черпаков, подбирающих его в нижней части устройства, а затем выносящих его в желоб наверху башни.
По всей видимости, в основе конструкции третьих часов тоже лежал принцип нисходящего движения катящихся шаров. Основным отличием этих часов было использование одного наклонного желоба и двух медных шаров. Когда один шар завершал свой путь, начинал движение второй шар. Внизу второй шар выталкивал первый, и тот через некоторый промежуток времени вновь подавался в верхнюю часть устройства.
Во внешнем оформлении своих четвертых часов Сервьер снова обратился к идее башни. Но на этот раз она была четырехугольной в поперечном сечении, а часовой механизм вновь помещался в ее основании. Часы имели два циферблата, отдельно для часовой и минутной стрелок. На помещенной в книге иллюстрации видны четыре колонны, поддерживающие купол башни. Вокруг колонн проложены «железнодорожные» пути для движения шаров. Как только один из двух шаров достигает основания башни, он попадает на вращающийся винт Архимеда, который вновь увлекает его наверх.
Все схемы описанных здесь часов приведены лишь в самых ранних работах, посвященных часовому делу. Мне нигде, однако, не встретилось упоминание о том, что часы подобной конструкции были когда-либо построены. Похоже, что они так и остались плодом богатого воображения изобретателей.
На протяжении длительного времени в музее земли Гессен в немецком городе Касселе хранился редкий экспонат, имевший каталожное название «Вечный двигатель». Это были часы на катящихся шарах. Они погибли во время воздушного налета в 1943 году.
Часы были сделаны знаменитым итальянским изобретателем и часовщиком Джузеппе Кампани, изготовлявшим также линзы для телескопов. Он жил и работал в Риме примерно с 1650 по 1715 год и приобрел широкую известность как автор нескольких часов оригинальной конструкции. Свой вечный двигатель он продал ландграфу Карлу Гессенскому во время поездки последнего по Италии в декабре 1699 — апреле 1700 года{70}.
В книге Ф. X. Шминке «Описание резиденции курфюрста земли Гессен и города Касселя» (1767) есть такое описание часов Кампани: «Часы Джузеппе Кампани работают с помощью двух шаров, которые поочередно скатываются вниз по наклонным медным желобам. Как только один шар заканчивает свое движение, с помощью двойной лопасти выпускается второй шар. Когда закончено движение второго шара, лопасть вновь выбрасывает первый шар в желоб, и он снова совершает весь свой путь. Затем наступает очередь второго шара и т. д. Движение каждого шара длится во времени ровно 30 секунд. Именно за счет этого движения перемещаются стрелки на циферблате, расположенном в верхней части часов».
Эти удивительные часы имели 1,8 метра в высоту, 0,75 метра в ширину и 0,4 метра в длину. Помещались они в застекленном шкафу эбенового дерева, украшенном золоченой бронзой: капителями, балюстрадой и изящными венками, расположенными в передней части и по бокам шкафа.
Беглый внешний осмотр часов убеждал в том, что они шли благодаря периодическому скатыванию одного из медных шариков по наклонной плоскости, которую образовывали восемь посеребренных желобов, проходящих по внутренней стороне каркаса часового механизма. Позади желобов находилась система зеркал. Зритель всегда видел только один скатывающийся шар.
На самом же деле это устройство, сделанное талантливым инженером, было искусным обманом. Весь механизм работал благодаря наличию трех пружин, размещенных в свободном пространстве между зеркалами и незаметных для наблюдателя. Отличительной особенностью этих замечательных часов был совершенно бесшумный регулятор хода, ранее уже применявшийся Кампани в бесшумных «ночных» часах. Регулятор содержал небольшое коромысло, непрерывно вращавшееся в направлении против часовой стрелки вокруг центральной оси. Плечи коромысла равны между собой, и каждое оканчивается сферическим углублением в форме ложек. Регулятор установлен таким образом, что дважды за период вращения эти ложки оказываются на уровне верхней и нижней точек траектории движения шаров. Коромысловый регулятор посредством шестеренки сообщал движение другому регулятору, так называемому билянцу[14]. Последний состоит из штанги, совершавшей колебания вокруг центральной оси (в горизонтальной плоскости). На каждом плече штанги имелся груз; изменяя положение грузов относительно этой оси, можно было регулировать скорость вращения регуляторов.
Чтобы привести вечный двигатель в действие, достаточно было поместить один шар в верхнюю ложку главного регулятора, а второй — в верхнюю часть спирального желоба. Скатываясь по желобу вниз, этот второй шар падал на стопор и оставался в таком положении, пока проходящее мимо него плечо коромыслового регулятора не принимало его в нижнюю ложку. Шар скатывался вниз за тридцать секунд.
Именно такое время требовалось и для того, чтобы коромысло совершило пол-оборота; при этом шар, находившийся в нижней точке траектории, вновь оказывался в верхней части желоба. Стрелки часов, соединенные с регулятором, дважды в минуту передвигались под действием его толчков.
