ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 64
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Вспомним, что в Римской империи на одного рабовладельца приходилось в среднем 10 рабов (а у некоторых патрициев их было даже до 1000), Если принять мощность каждого раба за 0,1 кВт, то (даже не считая работу животных) «энерговооруженность» среднего римлянина превышала 1 кВт, и богатого патриция — 10 кВт. Это примерно соответствует современному уровню!
Почему идея создания универсального двигателя, как и первые его проекты в виде вечного двигателя, появилась именно в XIII в.?
Это, конечно, не случайность, а результат, исторически обусловленный ходом развития производительных сил средневекового общества; XIII в. занимает в нем особое место. Именно в это время уже в достаточной мере проявились преимущества развитого феодального общества перед рабовладельческим.
Рост городов приводил к созданию крупных городских общин с самостоятельным управлением. Бюргерство, поддерживаемое королевской властью, укреплялось в борьбе с феодалами, и влияние его росло. Труд свободного ремесленника, практическое мастерство стали, в отличие от античных времен, занятием, достойным уважения. Объединявшие ремесленников профессиональные корпорации — цехи были достаточно сильны, чтобы отстаивать интересы своих многочисленных членов. В Париже, например, по данным податной переписи 1291 г. было 4159 цеховых мастеров. В этих условиях мастера были заинтересованы в развитии техники и технологии своей области.
1.4.Первые проекты механических, магнитных и гидравлических Вечных двигателей.
Сейчас трудно установить точно, когда, кем и где был предложен самый первый проект вечного двигателя. Есть данные о том, что в трактате великого индийского математика и астронома Бхаскара Ачарья (1114-1185 гг.) «Сиддханта Сиромани» (ок. 1150 г.) есть упоминание о вечном двигателе. Об этом же говорится в сочинении араба Фахра ад-дин-Ридваи бен Мохаммеда (ок. 1200 г.).
В Европе первые известия о вечном двигателе связаны с именем одного из выдающихся людей XIII в. — Виллара д'Оннекура — французского архитектора и инженера.
Как и большинство деятелей того времени, он занимался и интересовался многими делами; строительством соборов, созданием грузоподъемных сооружений, пилы с водяным приводом, военной стенобитной машины и даже… дрессировкой львов. Он оставил дошедшую до наших дней «Книгу рисунков» — альбом с записями и чертежами (около 1235-1240 г.), который хранится в Парижской Национальной библиотеке. Для нас представляет интерес прежде всего то обстоятельство, что в этом альбоме приведены рисунок и описание первого из достоверно известных проектов вечного двигателя.
Оригинальный чертеж автора показан на рисунке (см. Приложение Рис. 1.3.(а)). Текст, относящийся к этому чертежу, гласит: «С некоторого времени мастера спорят, как можно было бы заставить колесо вращаться само собой. Данного результата можно достигнугь посредством нечетного числа молоточков или ртути следующим образом» .
Д'Оннекур не пишет, сам он придумал двигатель или заимствовал эту идею у другого мастера. Да это и не так важно. Главное — существо дела. Обратим, прежде всего, внимание на то, что автор совершенно не сомневается, что заставить колесо вращаться само собой можно. Вопрос только в том, какэто сделать! В тексте говорится о двух вариантах вечного двигателя — с молоточками и с ртутью. Начнем с первого. Из текста в сочетании с рисунком идею изобретения можно понять. Поскольку число молоточков на ободе колеса нечетное, всегда с одной стороны их будет больше, чем с другой. В данном случае слева будет молоточка, а справа —три. Следовательно, левая сторона колеса будет тяжелее правой и колесо, естественно, повернется по направлению против часовой стрелки. Тогда следующий молоточек повернется в том же направлении и перекинется на левую сторону, снова обеспечивая ее перевес. Таким образом колесо будет постоянно вращаться.
Идея колеса с грузами или тяжелой жидкостью, неравномерно распределенными по окружности колеса, оказалась очень живучей. Она разрабатывалась в самых различных вариантах многими изобретателями в течение почти шести веков и породила целый ряд механических вечных двигателей.
Анализ этих двигателей мы проведем позже и рассмотрим их совместно, с общей позиции.
Обратимся ко второй, не менее интересной идее двигателей, возникшей тоже в XIII в. и также породившей большую серию изобретений. Речь идет о магнитном двигателе, предложенном Петром Пилигримом из Мерикура в 1269 г. В отличие от практика-инженера д'Оннекура Петр Пилигрим все же был больше «теоретиком», хотя занимался и экспериментами; поэтому его проект вечного двигателя (см. Приложение Рис. 1.4.), выглядит скорее как принципиальная схема, чем как чертеж.
По мнению Петра, таинственные силы заставляющие магнит притягивать железо, родственны тем, которые заставляют небесные тела двигаться по круговым орбитам вокруг Земли. Следовательно, если дать магниту возможность двигаться по кругу и не мешать ему, то он при соответствующей конструкции реализует эту возможность. Насколько можно судить по схеме, двигатель состоит из двух частей — подвижной в неподвижной. Подвижная часть — это стержень, на одном (внешнем) конце которого закреплен магнит, а другой (внутренний) насажен на неподвижную центральную ось. Таким образом, стержень может двигаться по окружности подобно стрелке часов. Неподвижная часть представляет собой два кольца — наружное
а и внутреннее b, между которыми находится магнитный материал с внутренней поверхностью в форме косых зубцов. На подвижном магните, установленном на стержне, написано «северный полюс», на магнитном кольце — «южный полюс». Отметим, кстати, что Перегрин первый установил два вида магнитного взаимодействия — притяжение и отталкивание и ввел обозначения полюсов магнита — северный и южный.
Автор, по-видимому, полагал, что магнит, установленный на стержне, будет поочередно притягиваться к зубцам магнитов, установленных в кольцевой части, и таким образом совершать непрерывное движение по окружности.
Несмотря на явную неработоспособность такого устройства, сама идеи воспользоваться магнитными силами для создания двигателя была совершенно новой и очень интересной. Она породила в дальнейшем целое семейство магнитных двигателей. В конечном счете, не нужно забывать, что и современный электродвигатель работает на магнитном взаимодействии статора и ротора.
Несколько позже появились и вечный двигатель третьего вида — гидравлические. Идеи, положенные в их основу, не были столь новыми; они опирались на опыт античных водоподъемных сооружений и средневековых водяных мельниц.
1.4.1.Механические вечные двигатели.
Все механические двигатели средневековья (и многие более поздних времен) основаны на одной и той же идее, идущей от д'Оннекура: создании постоянного неравновесия сил тяжести на колесе или другом постоянно движущемся под их действием устройстве. Это неравновесие должно вращать колесо двигателя, а от него приводить в действие машину, выполняющую полезную работу.
Все такие двигатели можно разделить на две группы, отличающиеся видом груза — рабочего тела, К первой группе относятся те, в которых используются грузы из твердого материала (назовем их условно «твердотельными»), ко второй — те, в которых грузом служат жидкости (назовем их «жидкостными»). Количество разных вариантов вечный двигатель в обеих группах огромно. Описывать их здесь нет смысла, так как это уже сделано многими авторами.
Мы ограничимся лишь несколькими образцами, на примере которых можно проследить их эволюцию и ход дискуссий о возможности получения работы.
Начнем с твердотельных двигателей. Примерами могут служить три варианта вечного двигателя, разработанные в разное время и в разных местах. Итальянский инженер Мариано ди Жакопо из Сиены (недалеко от Флоренции) в рукописи, датируемой 1438 г., описал двигатель, повторяющий по существу идею д'Оннекура, однако здесь дана уже четкая конструктивная проработка (см. Приложение Рис. 1.5.). Грузы, представляющие собой толстые прямоугольные пластины, закреплены так, что могут откидываться только в одну сторону. Число их нечетно; поэтому слева при любом положении колеса всегда будет больше пластин, чем справа (в данном случае 6 против 5). Это и должно вызвать непрерывное вращение колеса в направлении против часовой стрелки.
Англичанин Эдуард Соммерсет, тоже разработавший механический двигатель в виде колеса с твердыми грузами и в 1620 г. построивший его, принадлежал, в отличие от своих предшественников, к самым аристократическим кругам общества. Он носил титул маркиза Вустерширского и был придворным короля Карла I. Это не мешало ему серьезно заниматься механикой и разными техническими проектами. Эксперимент по созданию двигателя был поставлен с размахом. Мастера изготовили колесо диаметром 14 футов (около 4 м); по его периметру были размещены 14 грузов по 50 фунтов (около 25 кг) каждый. Испытание машины в лондонском Тауэре прошло с блеском и вызвало восторг у присутствующих, среди которых были такие авторитеты, как сам король, герцог Ричмондский и герцог Гамильтон, К сожалению, чертежи этого вечного двигателя до нас не дошли, так же как и технический отчет об этом испытании; поэтому установить, как оно проходило по существу, нельзя. Известно только, что в дальнейшем маркиз этим двигателем больше не занимался, а перешел к другим проектам.
Александро Капра из Кремоны (Италия) описал еще один вариант двигателя в виде колеса с грузами. Из чертежа (см. Приложение Рис. 1.6.) видно, что двигатель представлял собой колесо с 18 расположенными по окружности равными грузами. Каждый рычаг, на котором закреплен груз, снабжен опорной деталью, установленной под углом 90° к рычагу. Поэтому грузы на левой стороне колеса, находящиеся по горизонтали на большем расстоянии от оси, чем справа, должны всегда поворачивать его по часовой стрелке и заставлять непрерывно вращаться.
Заманчивая идея использовать силу тяжести для создания простого и надежного двигателя оказалась чрезвычайно живучей. Может показаться невероятным, но она не потеряла привлекательности для изобретателей и благополучно дожила до XX века. Как пример, можно привести такой «двигатель, использующий силу тяжести», запатентованный во Франции в 1972 г. неким Ж. Леландэ. Его изобретение не только по идее, но и по конструкции точно повторяет «двигатель» Александре Капра, показанный рисунке (см. Приложение Рис. 1.6.). Разница состоит только в том, что грузы представляют собой не шары, а прямоугольные бруски, и подвешены не прямо к колесу, а на висящей на нем цепи.
В официальном описании изобретения сказано «двигатель вырабатывает энергию… снимаемую с его оси без всякого расхода топлива или толчка извне… Автоматическая система «цепь-грузы» надета на зубчатое колесо, вращающееся в подшипнике»… Описание заканчивается так. «Энергия, вырабатываемая патентуемым двигателем, может заменить дорогостоящую энергию, вырабатываемую сложными двигателями, использующими дорогое топливо, энергию тепловых и атомных электростанций, гидростанций». Из этого описания видно сразу, что изобретение сделано в наше просвещенное время, а не в каком-то мрачном средневековье, когда электростанций вообще не было.
Вопрос о несостоятельности механических вечных двигателях с колесами и грузами был теоретически решен, хотя еще долгое время его понимание не стало общим достоянием. Должна ли «работать» эта разница в весе или нет?
Теорию, которая позволила решить этот вопрос, разработал еще раньше замечательный голландский математик, механик и инженер Симон Стевин (1548-1620 гг.). Эта теория относится к равновесию тел, находящихся на наклонной плоскости, но выводы из нее имеют и более общее значение. Самое интересное в ходе рассуждений Стевина то, что он даже не считает необходимым доказывать невозможность создания вечный двигатель; он считает это истиной, не требующей доказательства, — аксиомой.
Стевин, исходя из невозможности вечного движения, утверждает, что никакого чуда нет и два шара совершенно «законно» уравновешивают четыре. Он выводит теорему: «Тело на наклонной плоскости удерживается в равновесии силой, которая действует в направлении наклонной плоскости и во столько меньше его веса, во сколько длина наклонной плоскости больше высоты ее».
Если взять два груза G1и G2 (см. Приложение Рис. 1.7.(а)), то условие их равновесия для данных задачи Стевина запишется так:
G1 / G2 = ab / bc = 1/2.
Четыре шара весят как раз вдвое больше, чем два. Пользуясь современной терминологией, можно выразить эту теорему в более удобной форме (см. Приложение Рис. 1.7.(б)): сила F’ удерживающая груз на наклонной плоскости и равная по значению противоположно направленной силе F, стремящейся его сдвинуть, определяется (если пренебречь трением) произведением его веса G на синус угла а наклона плоскости к горизонтали:
F= Gsin α.
Если плоскость вертикальна, то α= 90° и sin α = 1, тогда F= G; если плоскость горизонтальна, то α= 0 и F = 0.
Стевин уверенно, опираясь на бесчисленные практические данные, вывел один из важнейших законов статики. Применяя этот закон к проектам вечного двигателя вроде показанного на рисунке (см. Приложение Рис. 1.8.) и аналогичных ему, легко видеть, что вес наклонных частей тяжелого ремня (или грузов), висящих по диагонали, нельзя считать равным силе, с которой они поворачивают колеса двигателей. Нужно учитывать, что эта сила тем меньше, чем больше отклоняется ремень (или цепь с грузами) от вертикали. Если в каждом конкретном случае произвести соответствующий расчет, то выяснится, что силы, действующие с обеих сторон на колесо (или колеса) двигателя, будут неизбежно в точности одинаковы.