10 попыток создать вечный двигатель

Невозможное возможно

Игрушка «Пьющая птичка», наклоняющаяся к бокалу с водой. Действие основано на испарении жидкости в бокале и охлаждении головы птички. С высыханием бокала движение прекращается.

Вечное движение возможно. По крайней мере, оно не противоречит квантовой механике и первому закону Ньютона (материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока внешние воздействия не изменят этого состояния). Не так давно астрономы университета Миннесоты обнаружили в космосе «великое ничто» — пустое пространство протяженностью около миллиарда световых лет. Если представить себе, что в нем отсутствуют всякие взаимодействия, то камень, брошенный там, двигался бы с постоянной скоростью вплоть до смерти Вселенной. То есть фактически вечно.

Однако когда речь заходит о вечном двигателе, обычно имеется в виду система, вырабатывающая больше энергии, чем потребляющая (теряющая ее на трении, сопротивлении воздуха и т. п.), благодаря чему ее можно использовать для каких-либо бытовых нужд. До изобретения паровых или электрических приводов единственным универсальным и мобильным источником энергии были мускулы. Пружинные и маятниковые механизмы годились лишь для приложения малой силы в течении длительного времени (часы). Самыми мощными стационарными двигателями были водяные и ветряные мельницы.

Это сильно ограничивало механиков. Например, в средние века не составляло труда соорудить потолочный вентилятор или эскалатор, но кто бы смог безостановочно крутить их сутки напролет? Вполне логично, что люди мечтали о «халявном» источнике энергии. Их фантазия была ограничена технологиями того времени, поэтому по нынешним меркам вечные двигатели древности выглядели трогательно и примитивно.

«Тестатика» Пауля Бауманна

Тестатика больше религиозный культ, нежели физическая машина

Часовщик Пауль Бауманн основал духовное общество Meternitha в 1950-х годах. В дополнение к воздержанию от алкоголя, наркотиков и табака, члены этой религиозной секты живут в самодостаточной, экологически сознательной атмосфере. Чтобы достичь этого, они полагаются на чудесный вечный двигатель, созданный их основателем.

Машина под названием «Тестатика» (Testatika) может использовать якобы неиспользуемую электрическую энергию и превращать ее в энергию для сообщества. По причине закрытости, «Тестатику» не удалось целиком и полностью исследовать ученым, хотя машина и стала объектом короткого документального фильма в 1999 году. Было показано немного, но достаточно, чтобы понять, что секта почти боготворит эту сакральную машину.

Планы и особенности «Тестатики» были ниспосланы Бауманну напрямую Богом, пока он отбывал тюремное наказание за совращение молоденькой девушки. Согласно официальной легенде, он был опечален темнотой своей камеры и нехваткой света для чтения. Затем его посетило загадочное мистичное видение, которое открыло ему секрет вечного движения и бесконечной энергии, которую можно черпать прямо из воздуха. Члены секты подтверждают, что «Тестатика» была послана им Богом, отмечая также, что несколько попыток сфотографировать машину выявили разноцветный ореол вокруг нее.

В 1990-х годах болгарский физик проник в секту, чтобы выведать проект машины, надеясь открыть секрет этого волшебного энергетического устройства миру. Но ему не удалось убедить сектантов. Покончив с собой в 1997 году, выпрыгнув из окна, он оставил предсмертную записку: «Я сделал то, что мог, пусть те, кто смогут, сделают лучше».

История

Эту популярную игрушку-сувенир, придуманную английским актёром Саймоном Преббле в 1967 году, а сегодня часто встречаемую на письменных столах в кабинетах и офисах, можно поместить и в музей физики. Можно бесконечно долго играть с ней, глядя на качающиеся шарики (как смотреть на текущую воду или огонь). Но знание того, что она иллюстрирует законы сохранения импульса и сохранения энергии не только не помешает, но и придаст особый смысл наблюдению.

Если отклонить первый шарик и отпустить, то его энергия и импульс передадутся без изменения через три средних шарика последнему, который приобретёт ту же скорость и поднимется на ту же высоту. Он в свою очередь передаст свой импульс и энергию по цепочке снова первому шарику. Крайние маятники будут колебаться, а средние шарики будут покоиться. Если бы не было потерь механической энергии вследствие работы сил трения и упругости, то колебания продолжались бы вечно, но они затухают, так как в реальных механических системах всегда действуют диссипативные силы.

Интересным является то, что первый шарик передаёт импульс последнему не непосредственно, а через средние шарики, которые остаются неподвижными. Картина напоминает распространение упругой волны в твёрдом теле, то есть передачу упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества (например, звук).

Рассмотрим простой случай, когда движущийся шар сталкивается с таким же покоящимся шаром («Колыбели Ньютона» всего из двух шариков). Столкновение упругое и центральное (именно такое наблюдается в идеальной «Колыбели Ньютона»). Чтобы найти скорости шаров после упругого столкновения, надо записать уравнение закона сохранения импульса для такой системы и уравнение закона сохранения энергии и решить полученную систему уравнений. Результат известен: движущийся шар останавливается, а покоящийся приобретает скорость первого.

В колыбели Ньютона первый шарик передаёт импульс второму шарику и останавливается. Мы не видим, как второй шарик получает импульс от первого, не «видим» его скорость. Но, если присмотреться: шарик чуть заметно «вздрагивает», то есть он движется с полученной скоростью, но на маленьком пути «из-за тесноты». Но он успевает на этом коротком пути отдать импульс третьему шарику и остановиться. То же с третьим шариком и т. д. Последний шарик не имеет перед собой, кому передать свой импульс, поэтому свободно движется, поднимаясь на высоту h, затем возвращается, и всё повторяется в обратном направлении.

В популярной культуре

Колыбель Ньютона более 20 раз использовалась в фильмах, часто как тропа на столе главного злодея, такого как роль Пола Ньюмана в Прокси Хадсакера , Магнето в Людях Икс и Криптонианцы в Супермене 2 . Он использовался для обозначения непоколебимой позиции НФЛ в отношении травм головы в результате сотрясения мозга . Его также использовали в качестве расслабляющего развлечения на столе для ведущих умных / тревожных / чувствительных персонажей, таких как роль Генри Винклера в « Ночной смене» , роль Дастина Хоффмана в « Соломенных псов» и роль Гвинет Пэлтроу в « Железном человеке 2» . Это было более заметно как серия глиняных горшков в Rosencrantz и Guildenstern Are Dead , и как серия пузырчатых стульев Ээро Аарнио 1968 года с полураздетыми женщинами в них в Gamer . В « Аистах» у Хантера, генерального директора Cornerstore, есть один не с шарами, а с птичками. Колыбель Ньютона — это предмет в Animal Crossing от Nintendo, где он именуется «игрушкой для руководителей». В 2017 году выпуск подкаста Omnibus с участием Jeopardy! чемпион Кен Дженнингс и музыкант Джон Родерик , сосредоточились на истории Колыбели Ньютона. Колыбель Ньютона также находится на столе заместителя директора по коммуникациям Белого дома Сэма Сиборна в Западном крыле .

Рок-группа Jefferson Airplane использовала колыбель на альбоме Crown of Creation 1968 года в качестве ритм-устройства для создания полиритмов на инструментальном треке.

Первый из первых

Доподлинно неизвестно, кто первым заговорил о возможности постройки механизма, который будет вечно вырабатывать энергию. Но пионером в этой области принято считать математика из Индии Бхаскару Второго.

Примерно так выглядел концепт первого вечного двигателя

В своих записях от 12-века он описывал устройство, которое вращается благодаря перетеканию жидкости внутри небольших трубочек, расположенных в колесе. Чаще всего это была ртуть, но рассматривались и другие варианты. Жидкость перетекает из одного конца трубки в другой и таким образом заставляя колесо вращаться.

Звучит просто, как все гениальное, но в реальной жизни приходит в физика и все обламывает. Рано или поздно эти трубки уравновесят друг друга, и колесо остановится. Если сделать только две трубки, то они будут перешивать друг друга гораздо дольше, но толку от такого «двигателя» крайне мало. Это все равно что подуть на ветряк, чтобы он превратил это в энергию. Таким даже лампочку не запитаешь.

Идея Бхаскары понравилась многим изобретателям, и они пытались модифицировать ее, повесив грузы вместо трубочек с жидкостью или заменив ртуть на что-то другое. Но ни одна из «модификаций», конечно же, не сработала.

Физика, лежащая в основе колыбели Ньютона

Как упоминалось ранее, Колыбель Ньютона демонстрирует законы сохранения энергии и количества движения.

Закон сохранения энергии гласит: «Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, хотя она может быть преобразована из одной формы в другую». С другой стороны, закон сохранения импульса утверждает, что импульс изолированной системы сохраняется / постоянен, то есть, когда два объекта сталкиваются, импульс до и после столкновения остается неизменным.

Возвращаясь к Колыбели Ньютона, в состоянии покоя шары имеют нулевую потенциальную энергию, поскольку они не могут двигаться дальше (потенциальная энергия = mgh, в состоянии покоя h = 0), и нулевую кинетическую энергию, поскольку они не движутся (Кинетическая Энергия = 1/2 мв2, в состоянии покоя v = 0). Точно так же шары не несут никакого импульса (импульс = mv, в состоянии покоя v = 0).

Однако, когда первый шар поднимается и удаляется, он приобретает гравитационную потенциальную энергию с увеличением высоты, в то время как кинетическая энергия остается прежней, нулевой. После высвобождения по мере уменьшения высоты сферы потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Вся потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию в нижнем положении качелей. Кроме того, мяч набирает обороты при движении вниз и достигает максимальной скорости в нижнем положении.

При столкновении со следующим шаром первый теряет всю кинетическую энергию (и, как следствие, весь свой импульс) и полностью останавливается. Однако энергия и импульс не могут быть потеряны, поэтому они должны передаваться мячу, по которому он ударяется.

Сила, оказываемая первым шаром при ударе, заставляет второй слегка сжиматься. Сжатие символизирует передачу энергии в виде потенциальной энергии. Когда второй шар пытается сохранить свою первоначальную форму, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую и одновременно передается следующему мячу. Следующая цепочка сжатия-декомпрессии и, следовательно, передачи энергии продолжается до последней сферы.

Последняя сфера, разжимаясь, не находит следующего шара, чтобы сжать и передать энергию. Поскольку передача энергии не является жизнеспособным вариантом, последний шар толкает предпоследний шар и в ответ уносится наружу. Каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, верно?

Поскольку в процессе передачи энергия не теряется, последний мяч взлетает со скоростью, равной скорости падения первого мяча, что указывает на сохранение импульса!

Кроме того, последний мяч поднимается на уровень, равный высоте падения первого, что означает, что вся энергия также сохраняется!

Вечный двигатель на постоянных магнитах

С появлением постоянных (и особенно неодимовых) магнитов, изобретатели вечных двигателей вновь активизировались. Существует множество вариаций электрогенераторов на основе магнитов, а один из первых их изобретателей, Майкл Брэди, в 90-х годах прошлого века даже запатентовал эту идею.

Майкл Брэди работает над вечным двигателем на постоянных магнитах в 2002 году

А на видео ниже представлена довольно простая конструкция, которую каждый может сделать у себя дома (если наберете достаточное количество магнитов). Неизвестно, насколько долго будет крутится эта штука, но даже если не учитывать потери энергии от трения, этот двигатель можно считать лишь условно вечным, потому что мощность магнитов со временем ослабевает. Но все равно, зрелище завораживает.

Конечно, мы рассказали далеко не о всех вариантах вечных двигателей, потому что людская фантазия, если и не бесконечна, то весьма изобретательна. Однако все существующие модели вечных двигателей объединяет одно – они не вечны. Именно поэтому Парижская академия наук с 1775 года решила не рассматривать проекты вечных двигателей, а Патентное ведомство США не выдает подобные патенты уже более ста лет. И все же в Международной патентной классификации до сих пор остаются разделы для некоторых разновидностей вечных двигателей. Но это касается лишь новизны конструкторских решений.

Подводя итог, можно сказать лишь одно: несмотря на то, что до сих пор считается, что создание действительно вечного двигателя невозможно, никто не запрещает стараться, изобретать и верить в неосуществимое.

Где антигравитационная машина Дэвида Хамела

В своей самопровозглашенной «невероятно истинной истории жизни», Дэвид Хамел утверждает, что является обычным плотником без формального образования, который был избран стать хранителем машины вечной энергии и космического аппарата, который с ее помощью должен работать. После встречи с инопланетянами с планеты Кладен, Хамел заявил, что получил информацию, которая должна изменить мир — если только люди ему поверят.

Хотя все это немного обескураживает, Хамел говорил, что его вечный двигатель использует те же энергии, что и пауки, прыгающие с одной паутинки на другую. Эти скалярные силы сводят на нет притяжение гравитации и позволяют создать аппарат, который позволит нам воссоединиться с нашими кладенскими родственниками, которые и снабдили Хамела нужной информацией.

Антигравитационная машина Дэвида Хамела — самый необычный способ победить гравитацию

Если верить Хамелу, он уже построил такое устройство. К сожалению, оно улетело.

Проработав 20 лет, чтобы построить свое межзвездное устройство и двигатель, используя серию магнитов, он наконец включил его, и произошло вот что. Исполнившись свечения красочных ионов, его антигравитационная машина поднялась в воздух и полетела над Тихим океаном. Чтобы избежать повторения этого трагического события, Хамел строит свою следующую машину из материалов потяжелее, вроде гранита.

Чтобы понять принципы, лежащие в основе этой технологии, Хамел говорит, что вам нужно смотреть на пирамиды, изучать некоторые запрещенные книги, принять присутствие невидимой энергии и представлять скаляры и ионосферу почти как молоко и сыр.

«Перпетуум-мобиле» Корнелиуса Дреббеля

Самое странное в вечном двигателем Корнелиуса Дреббеля то, что хотя мы и не знаем, как и почему он работал, вы точно видели его чаще, чем думаете

Впервые Дреббель продемонстрировал свою машину в 1604 году и поразил всех, включая английскую королевскую семью. Машина была чем-то вроде хронометра; она никогда не нуждалась в заводке и показывала дату и фазу Луны. Движимая изменениями в температуре или в погоде, машина Дреббеля также использовала термоскоп или барометр, подобно часам Кокса.

Никто не знает, что обеспечивало движение и энергию дреббелевскому устройству, поскольку он говорил об обуздании «огненного духа воздуха», как заправский алхимик. В то время мир по-прежнему мыслил терминологией четырех элементов, и сам Дреббель экспериментировал с серой и селитрой.

Как указано в письме от 1604 года, самое раннее известное представление устройства показало центральный шар, окруженный стеклянной трубкой, заполненной жидкостью. Золотые стрелочки и отметины отслеживали фазы Луны. Другие изображения были более сложными, показывая машину, украшенную мифологическими существами и украшениями в золоте. Perpetuum mobile Дреббеля также появился в некоторых картинах, в частности кистей Альбрехта и Рубенса. На этих картинах странная тороидальная форма машины вообще ничем не напоминает сферу.

Работа Дреббеля привлекла внимание королевских судов по всей Европе, и он гастролировал по континенту в течение некоторого времени. И, как это часто бывает, умер в нищете

Будучи необразованным сыном фермера, он получил покровительство Букингемского дворца, изобрел одну из первых подводных лодок, ближе к старости стал завсегдатаем пабов и в конце концов завязался с несколькими проектами, подпортившими его репутацию.

Самобеглый шарик — вечное движение

Вечных двигателей пока не изобрели. Но реальные моторы есть в этом китайском магазине.

В интернете упоминаний о подобной игрушке нет. И это удивило. Почему? Как же так? Неужели никто вот так вот не взял и не сделал из самодельщиков.

Идея с изготовлением показалась очень заманчивой. Во-первых, эта игрушка на первый взгляд весьма простая. Состоит всего лишь из двух частей. Конечно, на коленке ее не соберешь. Тут нужен токарный станок, а он в наличии имелся. Поэтому ведущий канала решил, что он довольно таки легко ее сделает, продемонстрирует на 1-ом Канале и привлечет аудиторию таким эффектным экспериментом.

Все оказалось не так просто. Работа продолжается уже несколько месяцев – в основном по вечерам, когда есть время. Давно она уже лежит, периодически Игорь возвращается к работе, но до сих пор не смог довести игрушку до рабочего состояния.

Что же это за игрушка? Не будем затягивать интригу. Речь идет о физической игрушке – «Самобеглый шарик».

Состоит всего из двух частей — собственно говоря, это сам шарик и свинцовая платформа, как основание.

Ведущий канала отмечает, что впервые об этой игрушке он узнал очень давно. Вы не поверите, но узнал о ней из книжки — «Вечный двигатель прежде и теперь» Бродянского – Научно-Популярная Библиотека Школьника. Это просто кусочек истории – 1989-й год. Потрясающе!

Книжка эта была приобретена именно в 1989-ом году. Это самая раритетная книжка в коллекции Игоря из всех, что он когда-либо сам лично купил в магазине, а не посмотрел где-нибудь в библиотеке. 1989-й год — это поразительно!

История приобретения книги банальна – когда Игорь был на первом курсе авиационного института, он случайно забрел в какой-то подвальчик — книжный магазинчик недалеко от института — и увидел эту книжку. Когда он взял ее в руки, то понял, что у него в руках просто шедевр. И это не реклама, это действительно уникальная книжка. Сегодня мы таких книжек уже не найдем. Она в своем роде посвящена вечным двигателям и является выжимкой всего того, что нужно знать тем людям, которые либо хотят построить двигатель, то есть мечтают о нем, верят в него, либо собираются начать его как-то строить.

Колыбель Ньютона

Принцип работы колыбели Ньютона

Если к шарикам не прикасаться, то они все время находятся в неподвижном состоянии. Чтобы увидеть движение маятника, нужно привести в действие крайний шар, тогда шар на другом краю будет совершать колебания с такой же скоростью и амплитудой, как и предыдущий. Движения происходят по конкретной траектории и с постоянной частотой. Это демонстрирует закон сохранения импульса, а также превращение потенциальной энергии в кинетическую и наоборот.

Маяник Ньютона устроен так, что начальный шар передаёт импульс второму шарику, а затем замирает. Нашему глазу на первый взгляд незаметно, как следующий шарик приминает импульс от предыдущего, мы не можем проследить его скорость. Но, если взглянуть пристальнее, можно заметить, как: шарик немножко “вздрагивает”. Это объясняется тем, что он совершает движения с посланной ему скоростью, но поскольку расстояние очень маленькое и ему некуда разогнаться, то он может на своем коротком пути передать импульс третьему шарику и и в итоге остановиться.

Представим маятник, состоящий всего из двух сфер. В этом случае шар в движении сталкивается с соседом, который пребывает в состоянии покоя. Соприкасание упругое и центральное (так как оно наблюдается в идеальной к олыбели Ньютона ). Чтобы сосчитать скорости шаров после упругого столкновения, необходимо воспользоваться уравнением закона сохранения импульса для такой схемы и уравнением закона сохранения энергии, а потом развязать полученную систему уравнений. Итог известен: шар, который двигался останавливается, а тот, что пребывал в состоянии покоя, обретает скорость первого.

Колебания похожи на распространение упругой волны в твёрдом теле, или же на посыл упругих возмущений и энергии упругой деформации без переноса вещества, как это происходит со звуком. Этот закон будет работать, если давать ускорение двум или трем телам одновременно.

История изучения принципа маятника

Исследование и использование маятниковых устройств для демонстрации закона воздействия между несколькими телами, было сначала описано учёным Мариоттом в 17-м столетии. Кроме Ньютона, принцип маятника использовали и другие физики. Среди них Христиан Гюйгенс, который изучал столкновение, а также физик Аббе Мэрайотт, он изучал закон воздействия тел друг на друга.

Есть много разногласий, как же все таки появилась современная колыбель Ньютона. К примеру, Мариуса Морина считают учёным, который первым сконструировал и дал название популярной сегодня конструкции. Он сделал для своей компании деревянную версию маятника. Сувениры -шар ы б ы ли успешно проданы и положили начало ринку таких игрушек. Парой лет потому режиссёр и скульптор Ричард Лонкрейн усовершенствовал шары, сделал их хромовыми, благодаря чему дизайн бил признан очень успешным.

Версия меньшего масштаба состояла из пяти 6-дюймовых хромовых шариков-подшипников стали, каждый из которых весил 33 фунта. Эта модель била практически такая же эффективна как настольная версия. В Соединённых Штатах Америки в Мичигане установили самую большую модель колыбели Ньютона. Она состоит из 16 шаров для боулинга, которые весят 6.8 кг каждый. Они крепятся на прочных тросах длиной 6.1 метра и возвышены на 1 метр над землей.

Влияние кол ы бели на нервную систему

— успок аивает нервы ;

— помо гает привести мысли в порядок ;

— отвл екает от проблем ;

Многие приобретают ее для офиса, устанавливают в кабинете или на рабочем столе. Маятник спасает в ситуациях, когда в разгар трудового дня никак не получается сконцентрироваться на главном из-за больших умственных нагрузок. За движением шаров можно наблюдать бесконечно. Отзывы довольных обладателей доказали, что энергия от движения маятника преобразовывается в интенсивный поток мыслей, интересных идей и в замечательное настроение на целый день.

Операция

Колыбель Ньютона в замедленной съемке

Когда один из концевых шариков («первый») тянется в сторону, прикрепленная струна заставляет его двигаться по восходящей дуге. Когда его отпускают, он ударяет по второму мячу и почти полностью останавливается. Мяч на противоположной стороне приобретает большую часть скорости первого шара и совершает поворот по дуге, почти равной высоте высвобождения первого шара. Это показывает, что последний шар получает большую часть энергии и импульса первого шара. Удар вызывает волну сжатия, которая распространяется через промежуточные шары. Любой эффективно эластичный материал, такой как сталь, делает это, пока кинетическая энергия временно сохраняется в виде потенциальной энергии при сжатии материала, а не теряется в виде тепла. После первоначального удара все шары совершают небольшие движения, но последний шар получает большую часть начальной энергии от удара первого шара. Когда выпадают два (или три) шара, два (или три) шара на противоположной стороне выходят наружу. Некоторые говорят, что такое поведение демонстрирует сохранение импульса и кинетической энергии при упругих столкновениях. Однако, если сталкивающиеся шары ведут себя, как описано выше, с одинаковой массой, обладающей одинаковой скоростью до и после столкновений, то в таком случае сохраняется любая функция массы и скорости.

Работа по проекту[править]

Действия, выполняемые машиной Голдбергаправить

Схема устройства машины Голдберга, запускающей воздушный шарик

1. Запуск математического маятника опрокидывает стаканчик с шариком
2. Шарик катится по желобу до ямки, приводя в работу рычажные весы
3. Другой конец весов, поднявшись, толкает новый шарик
4. Шарик катится по желобам и, оттолкнувшись от препятствия снизу, толкает домино, запуская цепную реакцию
5. Последняя доминошка толкает тележку со свечкой, которая начинает катиться по слегка наклонной плоскости до препятствия
6. Нить пережигается от свечки
7. Молоток, который удерживался нитью, падает и толкает шарик
8. Шарик перелетает обрыв и приземляется в кузов машинки
9. Машинка скатывается по наклонной плоскости
10. Крышка коробки, которая прикреплена к машинке, поднимается
11. Шарик, удерживаемый крышкой, взлетает

Материалы и предметы для создания проектаправить

• Мячики
• Тележка
• Машинка
• Рычаг
• Маятник
• Фанера
• Доски
• Свеча
• Клей
• Веревка
• Воздушный шарик
• Коробка
• Молоток
• Домино
• Скотч
• Стаканчик

Инструменты для создания проектаправить

Для создания машины Голдберга мы решили ограничиться обычными инструментами: шуруповерт, лобзик электронный, пила, молоток, напильник, отвертки. Все это мы смогли отыскать в ФабЛаб.

Этапы создания проектаправить