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.

---

Примером обычных часов, рассчитанных на длительный срок работы, может служить механизм, сконструированный для собора Святого Павла прославленным лондонским часовых дел мастером Томасом Томпионом{65}. Часы должны были идти без подзавода сто лет. Изготовление этих часов, которые, по оценкам специалистов, должны были стоить 3—4 тысячи фунтов стерлингов, так и не было закончено.

Рассказывают, что часы со столь же большим периодом подзавода приобрел маркиз Бут, живший в Бедфорде на Льютон-парк. Во время пожара, случившегося в 1843 году, дворец маркиза сгорел, а вместе с ним погибли и часы. Из «Математического компендиума» Джона Мура мы узнаем, что это были «круглые часы очень больших размеров, которые с помощью шести колес и пяти шестерен совершали один оборот через каждые семнадцать лет».

В 1934 году в Швеции были сделаны часы, которые идут и поныне (во всяком случае несколько лет назад они еще шли). Подобно «Вечному Двигателю» Кокса, часы эти приводятся в действие падающей гирей. Весьма интересен механизм завода этих часов. В корпусе находятся семь герметичных анероидных коробок того же типа, какие обычно используются в барометрах-анероидах. Капсулы наполнены воздухом, соединены между собой и запаяны. При этом нижний анероид соединен с корпусом часов, а верхний с вращающимся храповым механизмом. Изменения в температуре или атмосферном давлении вызывают расширение или сжатие анероидных коробок, что, в свою очередь, приводит в действие храповик и гирю часов. Подсчитано, что количество вырабатываемой при этом энергии в четыре раза превышает количество, необходимое для работы всего механизма. При полном заводе пружины часы могут работать без барометрической системы 18 месяцев. Такой срок завода достигнут благодаря использованию крутильного маятника, состоящего из тяжелого металлического диска, соединенного с тонкой стальной лентой. Период его колебаний составляет семь с половиной секунд и равен периоду колебания обычного часового маятника длиной 187 футов{66}.

Томас Бедвелл, английский математик и инженер, умерший в 1595 году, оставил после себя записи, представляющие для нас большой интерес. Подобно маркизу Ворчестерскому, Бедвелл пытался создать проект вечного двигателя и потратил на это многие годы жизни. Задуманные им водяные часы, или клепсидра, должны были идти «без завода». Изобретатель нигде не упоминает о том, каким способом он намеревался заставить свои часы работать; да и вряд ли ему это удалось бы. Можно предположить, что часы эти были бы непригодны для измерения времени.

11. Часы с катящимися шарами

Часы, приводимые в движение катящимися шарами, ни в коей мере нельзя рассматривать как одну из разновидностей вечного двигателя. Шар, движущийся вниз, выполняет роль маятникового балансира, регулирующего действие пружины. Время, за которое шар перекатывается из верхней точки своей траектории в нижнюю, всегда одно и то же, оно является аналогом полупериода колебаний балансира с маятниковым регулятором. И все-таки механизмы с катящимися шарами, будь то часы или какие-нибудь другие приборы, иногда принимали за вечный двигатель.

Англичанин Джон Эвелин{67} оставил нам описание одного такого устройства, которое ему довелось увидеть 24 февраля 1655 года: «Мне показали настольные часы, единственным балансиром которых является прозрачный шар, свободно скользящий по наклонному желобу. Этот шар скатывается все ниже и ниже, пока не падает на расположенную в нижней части устройства пружину, которая вновь подбрасывает его в самый верхний желоб. Все операции повторяются с неукоснительной точностью каждые тридцать секунд. При этом часовая стрелка чуть подвигается и раздается короткий звонок. Таким образом, сто двадцать раз в час, в те моменты, когда шар попадает на пружину, часы начинают бить. Эта в высшей степени необычная, богато украшенная вещь, была подарена каким-то немецким принцем нашему покойному королю[12]. Сейчас она принадлежит узурпатору[13] и оценивается в двести фунтов стерлингов».

Сэмюэл Пепис{68} также оставил в своем дневнике описание подобных, а может быть, тех же самых часов. Его запись относится к 28 июля 1660 года: «Был в Вестминстере и встретился с мистером Хенсоном, у которого раньше были замечательные часы с катящимися шарами. Теперь эти часы принадлежат королю и являются частью его обширной коллекции».

В последующие годы часы с боем, которые отмечали время с помощью шара или ядра, катящихся по наклонным желобам, продолжали оставаться большой редкостью. Вуд в своей книге о «диковинных» часах пишет: «В Хенли-на-Темзе жил брат художника Гейнсборо, священник-диссидент, обладавший незаурядными способностями механика и изобретателя. Созданные им часы отличались оригинальностью конструкции и после его смерти были переданы Британскому музею. Часы отмечали каждый час боем маленького колокола и шли за счет того, что одно из двух свинцовых ядрышек, помещенных в спиральном накопителе в верхней части часов, падало в маленькое ведерко слоновой кости. Достигнув его дна, оно с помощью противовеса выносилось вверх и выталкивало из накопителя другое ядрышко, которое проделывало тот же путь».

Если понимать написанное буквально, то может показаться, что наш механик в рясе и вправду «ухватил мечту за хвост» — создал перпетуум мобиле. На самом же деле, он всего лишь сконструировал часы со своеобразным регулятором, приводимые в действие силой тяжести падающего груза.

Упоминание о часах с катящимися шарами встречается в книгах по часовому делу, выпущенных в свет в семнадцатом и восемнадцатом столетиях. Первый рассказ об устройстве такого рода содержится в книге Каспара Шотта «Достопримечательности техники», которая была опубликована в Нюрнберге в 1664 году. Шотт учился в Риме вместе с Атаназиусом Кирхером, однако большую часть своей жизни провел в Аугсбурге{69}. К сожалению, описания многочисленных механизмов, оставленные Шоттом, сделаны крайне невразумительно. Но в четвертой книге его «Механических чудес» есть довольно подробное и хорошо иллюстрированное описание вечного двигателя, приводящего в действие часовой механизм. Это изобретение принадлежит австрийскому священнику Вильгельму Шретеру, жившему в XVI веке.

В слегка наклоненном желобе, расположенном в верхней части конструкции, помещалось шесть шаров. Шары падали один за другим через отверстие в желобе на установленное под ним вращающееся колесо, на ободе которого были сделаны углубления в форме чашек. Благодаря специальному предохранительному устройству шары вываливались из чашек лишь в определенной точке траектории вращения и попадали в углубления-чашки другого колеса, расположенного пониже. Это второе колесо, в свою очередь, переносило шары на третье колесо. Каждое из этих трех колес насаживалось на общий вал с аналогичным колесом большего диаметра. Очередной шар, пройдя по трем малым колесам сверху вниз, по направляющим попадал в углубление на ободе нижнего большого колеса и начинал подниматься вверх. Затем шар переносился на второе колесо, расположенное повыше, и, наконец, на третье, которое поднимало его до уровня желоба и сбрасывало в него. Шотт верил, что непрерывное движение шаров (вниз и затем вверх) сможет обеспечить работу часового механизма, связанного посредством зубчатых передач с вращающимися осями (или валами) устройства.

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.