Вічний двигун – це такий уявний механізм, який невпинно рухає сам себе і, крім того, здійснює ще якусь корисну роботу (наприклад, підіймає вантаж). Під можливістю створення сучасного «вічного» двигуна мається на увазі, по-перше, створення ефективних перетворювачів відомих перспективних потенційних джерел енергії, і, по-друге, можливість використання нових видів енергії, зокрема, вільної енергії вакууму. Інакше кажучи, можливість створення пристроїв, коефіцієнт корисної дії (ККД) яких більше 1, була обумовлена невідомими на той час новими ефектами, якими були, наприклад, електрика та атомна енергія в ХІХ столітті. Звичайно, справжні вічні двигуни (perpetuum mobile) не існують і не можуть існувати. Тому можна розглядати тільки такі пристрої, які не суперечать глобальним законам фізики. Хоча саме винахідники вічного двигуна все ж були двигуном прогресу протягом століть.

Серед великого і все зростаючого числа винахідників завжди знаходяться захоплені мрійники або максималісти, які намагаються створити вічні двигуни. Це слово походить від латинського perpetuum mobile, що означає вічно рухоме або вічний двигун. Історії відомі багато тисяч таких «відкриттів» і пов'язаних з ними доль, їх несамовито захоплених авторів, наповнених радощами творчості, захопленнями отриманих супутніх побічних результатів і гіркими розчаруваннями від кінцевого результату.

Поки ще нікому не вдалося сконструювати вічний двигун. Але при цьому саме собою напрошується питання: так чи варто взагалі тоді займатися винаходом «вічного» двигуна? Якщо звернутися з цим питанням до наукових історичних джерел і проаналізувати праці простих невідомих інженерів і найвідоміших науковців, то можна впевнитись, що цьому проблемному питанню присвячено вкрай багато часу та зусиль [ 2].

Існує така класифікація вічних двигунів:

1. Вічний двигун першого роду – уявна, безперервно діюча машина, яка, будучи раз запущеною, працювала б без отримання енергії ззовні. Вічний двигун 1-го роду суперечить закону збереження і перетворення енергії.

2. Вічний двигун другого роду – уявна теплова машина, яка в результаті проходження кругового процесу (циклу) цілком перетворює теплоту, одержувану від якогось одного «невичерпного» джерела (океану, атмосфери і т. п.), в роботу. Дія вічного двигуна 2-го роду не суперечить закону збереження і перетворення енергії, але порушує другий закон термодинаміки, і тому існування такого двигуна є неможливим.

3) Вічного двигуна третього роду не існує (це жарт), але існують до цих пір винахідники, які хочуть отримати енергію з «нічого». Тепер «нічого» отримало назву «фізичний вакуум», і вони хочуть отримувати необмежену кількість енергії з «фізичного вакууму». Їхні проекти за «простотою та наївністю» не поступаються проектам попередників, що жили століття тому. Нові вічні двигуни отримали назву «вакуумно-енергетичні установки»; винахідники повідомляють фантастичні ККД подібних двигунів – 400 %, 3000 %! Їх навіть намагаються створити зараз в поважних конструкторських бюро [3], що, мабуть, говорить про надмірну ліричність деякий сучасних фізиків .

Вічні двигуни звичайно конструюють на основі використання таких прийомів або їх комбінацій:

1) підйом води за допомогою архімедового гвинта;

2) підйом води за допомогою капілярів;

3) використання колеса з неврівноваженими вантажами;

4) природні магніти;

5) електромагнетизм;

6) пар або стиснене повітря [1].

Перші «вічні» двигуни з’явилися задовго до відкриття законів фізики, які спростовували можливість їх існування. Ранні прототипи ґрунтувалися на перетвореннях між кінетичною та потенційною енергіями і складалися з комбінацій простих механізмів. Не було б сили тертя, багато які двигуни дійсно б змогли рухатися вічно, але без виконання корисної роботи.

Перша згадка про вічний двигун відноситься до 1150 року. Але чи означає це, що античні механіки не цікавилися вічним рухом? Навпаки, це було однією з тих традиційних проблем, яким в зв'язку з дослідженням фізичних явищ наука приділяла багато уваги. Але при дослідженні умов, що визначають круговий рух тіл, греки прийшли до висновку, що теоретично виключає будь-яку можливість існування на Землі штучно створеного вічного руху. Наприклад, Аристотель стверджував, що рух тіл на Землі прискорюється у напрямку до її центру. Про тіла з дійсно круговим рухом він пише: «Вони не можуть бути ні важкими, ні легкими, так як не здатні наближатися до центру або віддалятися від нього природним або вимушеним чином». Таку умові задовольняють тільки небесні тіла.

Але родоначальником ідеї вічного двигуна вважають індійського поета, математика і астронома Бхаскара Ачарья (1114-1185). У своїй праці «Brahmasphutasiddhanta» він описав вічний двигун так: «Сконструювати з світлих порід дерева колесо з порожніми рівномірно розподіленими спицями, заповнити спиці до половини ртуттю і запечатати, помістити колесо на горизонтальну вісь. У частині спиць ртуть буде підніматися вгору, а в інших спускатися, забезпечуючи безперервний рух». Зауважимо, що за основу взято тіло круглої форми. Згідно давньоіндійської філософії, регулярно повторювані події, що становлять кругової цикл, є для нього символом вічності і досконалості. Тобто прабатьки ідеї вічного руху були мотивовані не практичними, а релігійними потребами.

Лалла (Lаlla), інший індійський астроном, в 748 році написав трактат «Sisyadhivrddhida Tantra», що описує схожий механізм, що відрізняється тільки формою порожніх спиць.

Близько 1150 року черговий індійський математик і астроном Баскара (Bhaskara) у праці «Siddhanta Siromani» описав механізм з порожніми трубками, розташованими по колу колеса. Він писав: «Ця машина обертається з великою силою. Тому що ртуть з одного боку ближче до осі, ніж з іншого ». Очевидно, він думав, що така конструкція постійно виводить систему з рівноваги, підтримуючи вічний рух. Вважається, що він так і не запустив свій пристрій (як, втім, і багато інших винахідники вічних двигунів).

Починаючи з ХІІ століття основні принципи конструкції вічного двигуна модифікувалися і об'єднувалися, щоб в кінцевому підсумку стати частиною історії технологій. Навіть сьогодні деякі винахідники звертаються до цих «незбалансованих коліс». Описані конструкції несли в собі не тільки технічний, але і релігійний, і філософський зміст, як би уособлюючи нескінченну зміну пір року і реінкарнацію, тому багато храмів використовували ці символи. А самі вічні двигуни такої конструкції отримали назву індійських (в іншому трактуванню перських або арабських).

В середні віки близько 1235 року архітектор Віллар де Оннекур (Villard de Honnecourt) зацікавився ідеєю вічного двигуна і був спантеличений невдачами своїх сучасників. Щоб показати їх неуцтво, він намалював просту, але досить оригінальну машину. Її безперервний рух забезпечувалося за рахунок непарної кількості рухомих важких молотків, прикріплених до обода колеса.

Міркування Віллара досить прості. Він помилково вважав, що завжди з одного боку осі будуть знаходиться чотири молотка, а з іншого три, створюючи постійний дисбаланс. Він не усвідомлював, що система в цілому буде прагнути до статичного рівноваги, коли з кожного боку будуть перебувати по три молотка і один внизу. Повчально, що і сьогодні деякі потрапляють у цю пастку.

В епоху Відродження інтерес до вічного двигуна був справді величезний. Наприклад, велика кількість креслень з описом конструкції вічного двигуна було зроблено архітектором Франческо ді Джорджіо (Francisco di Georgio). Один з досить непоганих варіантів ми бачимо на малюнку. Це Гідроприводний млин з додатковою помпою.

Машина використовує безперервну циркуляцію води (рециркуляційний млин). Оскільки ззовні вода не надходить, то такі механізми іноді називають aqua morta, тобто «мертва вода». Падаюча вода запускає велике вертикальне колесо, яке за допомогою зубчастої передачі приводить в рух млин. Щоб підняти воду вгору використовуються колінчастий вал і два важелі, скріплених з віссю колеса, що приводять у рух дві помпи з циліндричними поршнями.

Джорджіо описав кілька таких конструкцій, частина з яких непрактичні, хоча і при незначному зовнішньому впливові можуть працювати.

У 1618 році англійський фізик і містик Роберт Фладд (Robert Fludd) описав рециркуляційний млин, який піднімає воду за допомогою ланцюгового насоса. Правда пізніше, видно зрозумівши свою помилку, він відмовився від свого вічного двигуна, приписавши його італійським винахідникам.

Машини Джорджіо, безсумнівно, були відомі Леонардо да Вінчі, який цікавився всіма механізмами, в тому числі і рухомими нескінченно. До наших днів дійшли частина його креслень із зображенням рециркуляційних млинів з архімедовим гвинтами. Він також описав складні механізми з заповненими ртуттю порожнинами. У Німецькому музеї (Deutsches Museum) в Мюнхені є реконструкція його машини. Не дивлячись на те, що за часів да Вінчі закон збереження ще не був відомий, геніальний винахідник дуже близько підійшов до його ідеї. Він писав: «Падаюча вода може підняти таку ж кількість води ... але ми повинні врахувати і втрати сили на тертя». Відомі й начерки чисто механічних вічних двигунів да Вінчі, що приводяться в рух кульками, що котяться.

Незважаючи на нездоровий інтерес Леонардо да Вінчі до самої ідеї вічного двигуна, він досить скептично ставився до думки про практичне застосування існуючих конструкцій. В одному з зошитів великого винахідника можна знайти підтвердження неможливості вічного руху незбалансованого колеса.

Креслення показує, що вчений прекрасно розумів розкладку сил і моментів, що обертають колесо. Він вважав, що спроба реалізації вічного двигуна те саме що пошук філософського каменя.

Ну і, нарешті, варто сказати про інженера Агостіно Рамелл (Agostino Ramelli) (1531-1608), ідеї якого актуальні й донині. У своїй праці «Le diverse et artificiose machine» він описав механізми, які використовувалися вже після смерті їхнього творця, наприклад, вентилятор. Рамелл був практиком, а тому не захопився ідеєю вічного двигуна і він майже не згадував про нього в своїх працях.

У конструкції вигаданого ним млина наявний пристрій, що оптимізує його роботу. І цим пристроєм є незбалансоване колесо. Однак нижче написано: «Варто згадати, що внутрішня частина колеса зроблена мною лише на прохання джентльменів, які вирішили, що водяний потік не дуже швидкий, і це колесо має допомогти».

В середині ХVIII століття нарешті почалися повноцінні дослідження рециркуляційних млинів. Через 250 років після Леонардо да Вінчі офіційно була доведена їх недієздатність. Однак 1950 року Віктор Шаубергер (Viktor Schauberger) оживив ідеї гідропривідних вічних двигунів в своїх вихрових турбінах.

Але була й інша ідея у побудовах вічних двигунів. Певним відходом від механіки стали дослідження магнітних, гідравлічних та електричних вічних двигунів. Перша згадка про магнітний вічно рухомий механізм відноситься до 1269 року. П'єр де Маркурт (Pierre de Maricourt) описав пристрій, що обертається під дією сил декількох магнітів.

Цей ефект став зрозумілий набагато пізніше, а пристрій Маркурта виявився першим компасом. Маркурт сам визнавав, що створений ним механізм не призначений для здійснення корисної роботи, а скоріше допомагає зрозуміти, як планети рухаються по орбітах. Він вірив, що магнітний матеріал, який він виявив, був тим самим каменем, який шукали алхіміки.

Як часто трапляється в науці, в процесі створення чогось безглуздого, знаходиться щось виключно важливе. Створюючи модель, що ніби-то описує поведінку планет, П'єр де Маркурт виявив, що тонкі залізні дроти, намотані на магнітні кульки, вишиковуються уздовж ліній, що нагадують уявні лінії географічної довготи. Він зміг також виявити, що шматочки магнітного залізняку, покладені на плаваючий брусок, завжди орієнтуються в напрямку північ-південь. Він першим ввів поняття північного і південного магнітного полюса і показав, що магніти протилежних полюсів притягуються, а однойменних – відштовхуються.

Єпископ Джон Уілкінс (John Wilkins), співзасновник Королівського наукового співтовариства, описав у своїй книзі найпростіший магнітний вічний двигун, запропонований Йоханнесом Таісніерусом (Johannes Taisnierus).

Сам Уілкінс і дав пояснення, чому цей механізм не зможе працювати. Чому спочатку кулька підніметься і пройде через верхній отвір, а не прилипне до магніту? І чому вона повинна під дією сили притягування магніту притягнутися вгору? І чому в нижній частині похилої площини кулька повинна змінювати напрямок руху?

Якщо подивитися на цю схему з точки зору фізики, то виявиться, що вона не порушує законів збереження енергії, але суперечить другому закону термодинаміки.

На рисунку: m – маса кульки, f1 – сила тяжіння магніту в нижній частині площини, f2 – сила тяжіння магніту в верхній частині площини, fh – гальмівна сила, обумовлена кінцевим коефіцієнтом тертя, fg – сила тяжіння землі.

Уілкінс багато зробив в області розуміння дії законів фізики. Однак це не завадило йому стверджувати, що на Місяці є життя. Знадобилося ще кілька років, перш ніж Ньютон встановив принцип «Hypotheses non fingo» (гіпотез не вигадую).

У 1922 році з'явився сучасний варіант вічного двигуна Уїлкінса, описаний Прашаром (Prachar), в якому розташовані в ряд магніти змушують пересуватися в трубі сталеву кульку. Ідея так і не була реалізована.

Вільям Гілберт (William Gilbert), королівський фізик при Єлизаветі I, вперше серйозно зайнявся вивченням магнетизму. У своїй відомій книзі «De Magnete», що вийшла 1600 року Гілберт офіційно відкинув можливість створення магнітного вічного двигуна.

На малюнку внизу можна побачити помилки самої ідеї створення магнітного вічного двигуна. Ця фізична карикатура показує, як можна реалізувати «саморушну магнітну машину».

У трактаті Каспара Шотта (Caspar Schott) «Technica Curiosa» 1664 року випуску можна було знайти не тільки опис сенсаційного експерименту, проведеного Отто фон Геріке (Otto von Guericke), але також численні малюнки з описами більшості вічних двигунів, сконструйованих до середини XVII століття, тільки частина з яких взагалі могли працювати. Шотт дає в книзі опис досить складного механізму, створеного Іоганном Йоахімом Бехером (Johann Joachim Becher). Для побудови цієї машини, яка призводить в дію годинниковий механізм, було навіть зведено будівлю. Було витрачено багато зусиль, щоб змусити машину працювати. Після декількох років, витрачених на безплідні спроби запустити механізм, Бехер написав: «Десять років я витратив на цю дурість, я втратив багато часу, гроші і репутацію. Тепер я можу з упевненістю сказати, що вічний двигун неможливий».

Найпростіший гідравлічний вічний двигун являє собою порожнисте кільце, частково заповнений двома рідинами з різною щільністю. Передбачалося, що різниця рівня стовпів рідин створить силу, яка змусить колесо обертатися. На жаль, незважаючи на різницю щільності, дві рідини будуть перебувати в статичному рівновазі.

Інший гідравлічний пристрій був ще простішим. Дерев'яне колесо частково занурюється в посудину з водою. Теоретично Архимедова сила виштовхування змусить колесо обертатися. На жаль, винахідник цього пристрою не розумів, що вода тисне на всю поверхню колеса в напрямку, перпендикулярному поверхні, тобто до осі колеса, а не вгору. Тобто дана система знаходиться в стійкій рівновазі.

Французький фізик Дені Папен (Denis Papin) (1647-1712) був першим, хто придумав першу розумну конструкцію парового двигуна і винайшов скороварку. Він же запропонував дуже простий вічний двигун, який не має рухливий частин, а значить, і тертя. Вічний двигун повинен був працювати за рахунок тиску в великій посудині, що піднімає рідину в тонкій трубці вгору.

Подібну думку висловлював і Роберт Бойль (Robert Boyle) (1627-1691), який припускав, що в дуже тонкій трубці рідина може підніматися завдяки капілярному ефекту. І хоча, обидві ідеї часто зображують однаковими малюнками, принцип їх дії абсолютно різний. Проте, ні одна, ні друга конструкції не працювали.

Проходили роки та століття, а винахідники все ж намагалися використовувати силу виштовхування рідини для створення вічного двигуна. На малюнку внизу ми бачимо один з них. Винахідник знав, що рідини в стовпах трубки будуть перебувати в стані рівноваги. Але він помилково вважав, що може використовувати нерівні маси для підтримання нескінченного руху механізму поза трубкою.

Трубка містить дві рідини різної щільності (наприклад, воду і ртуть), що знаходяться в статичній рівновазі. Кульки в правій частині досить легкі, щоб спливати в обох рідинах. Кулька спливає в лівій частині трубки, потрапляє на лопаті колеса і падає в праву частину трубки. Коли кулька падає на стовп, він виштовхує нижню кульку. Здавалося б, все логічно, проте ця машина не запрацює. Цікаво чому? Розкладіть сили і ви зрозумієте це самі.

Англійська офіцер Уїлліам Конгрів (William Congreve) (1772-1828), описав вічний двигун, що працює за рахунок капілярного ефекту в губках. Принцип роботи досить простий: губки зліва наповнені водою, а тому важкі. Вони-то і повинні обертати ланцюг проти годинникової стрілки. Губки справа піднімаються і розтягуються за рахунок натягу ланцюга. Оскільки вода з них вичавлюється, то вони стають легшими і легше піднімаються. Конгрів підрахував, що така конструкція може здійснювати корисну роботу, але помилився.

Один з ранніх зразків електричних вічних двигунів ґрунтувався на електричному розряді, генерованому двома елементами Замбоні (різновид сухої батареї). При невеликій потужності такий пристрій міг працювати дуже довго.

На цьому принципі було засновано багато пристроїв, які не претендували на звання вічного двигуна. Ці чутливі інструменти використовувалися в лабораторіях для перевірки електричного заряду. Будучи попередньо зарядженими, вони отримували маленький додатковий заряд, який приводив їх у дію.

Вічні двигуни, які використовували електричний двигун, механічно з'єднаний з генератором, були широко поширені і були своєрідним еквівалентом рециркуляційних млинів. Тільки в одному випадку ми маємо справу з втратами на тертя, а в іншому – на опір.

Здавалося б, все описане вище вже давно стало історією, і сьогодні вже ніхто не вірить в можливість створення вічного двигуна. Нічого подібного.

 Представники ірландської компанії Steorn (заснована в 2000 році), що працює в галузі альтернативної енергетики, оголосили, що їм вдалося створити генератор постійної енергії з ККД понад 100%, заснований на взаємодії магнітних полів. Сучасний вічний двигун отримав назву Orbo. Генеральний директор Steorn Сін Маккарті стверджує, що його дітище несе невичерпну енергію, засновану на використанні «енергії нульових коливань». Orbo зможе генерувати в п'ять разів більше енергії, ніж середній акумулятор мобільного телефону, і не зажадає заряджання.

Однак яке ж було розчарування прихильників ідеї вічного двигуна, коли в кінці минулого року диво-винахід так і не було виставлено (як обіцяла компанія Steorn) в музеї Kinentica Museum in London. Виявилося, що в систему енергію поставляв якийсь неврахований розробниками джерела фактор. Загалом, щось у Steorn не ладиться. Однак якщо Orbo вас все ж цікавить, то відвідайте офіційний сайт компанії http://www.steorn.net. Правда, не можна сказати, що там багато інформації – все, що якимось чином має відношення до їх вічного двигуна, є комерційною таємницею.

Ну і звичайно ж, не можна не сказати про Perepiteia (грец. Зворотний ефект замість очікуваного) – вічний двигун, винайдений канадцем Тейном Хайнсом (Thane Heins). Хайнс 2005 року організував компанію Potential Difference Inc. для розробки і впровадження свого дітища.

Все почалося 1985 року, коли майбутній винахідник задумався, як, використовуючи магніти, можна поліпшити генератор потужності. В принципі, цим він і займався аж до 2006 року, коли сталося щось дивне. Хайнс поєднав приводний вал електричного мотора зі сталевим ротором з невеликими круглими магнітами, розташованими на його зовнішньому ободі. Згідно з уявленнями Хайнса, під час обертання ротора магніти повинні проходити через дротяну котушку, що викликало б протікання струму. Тобто вийшов би звичайний генератор. Для тестування системи котушці він приєднав електричне навантаження – лампочку. Працюючи на навантаження, ротор повинен був сповільнюватися і, в кінцевому підсумку, зупинитися. Але замість цього він став прискорювати свій рух аж до того, що магніти розлетілися, пошкодивши стіни.

Теоретично мало бути створене сильне магнітне поле, в якому мав проявитися ефект зворотної ЕРС, описуваної законом Ленца, що в свою чергу повинно було зупинити ротор, оскільки закон Ленца фізично проявляє себе як закон тертя в механіці.

 

Однак сталося навпаки: магнітне тертя перетворилося в магнітне прискорення. Хайнс вважає, що, поле обертових магнітів за допомогою провідних сталевих ротора і вала діє на саме серце електричного мотора, що перетворює електричну енергію в кінетичну. Зворотній ЕРС в даному випадку прискорює мотор, який змушує швидше обертатися ротор, тобто тут ми маємо справу з позитивним зворотним зв'язком. Хайнс підтвердив це, замінивши сталевий вал на непровідну пластикову трубу, – прискорення в такому варіанті установки не спостерігалося.

28 січня 2008 року Хайнс випробував свій вічний двигун в лабораторії Массачусетського Технологічного Інституту (Massachusetts Institute of Technology). Дивно, але прилад дійсно працював! На жаль, більш нових даних про цю дивовижну машину немає, але швидше за все, вона не працює [4].

Отже, за весь час існування наукових досліджень вчені мужі довели нереальність винайдення вічного двигуна, хоча й припустили існування природних вічних двигунів у Всесвіті. В астрономії їх називають білими дірками. Будучи антиподами чорних дір, вони є джерелами нескінченної енергії та існують поки, на жаль, гіпотетично. Та й сам Всесвіт згідно з деякими теоріями його походження може виявитися вічним двигунів. Частина астрономів пропагують теорію «пульсуючого Всесвіту», згідно з якою світ розширюється, щоб потім знову стиснутися в точку і вибухнути новим Всесвітом. І так до нескінченності... Та чи можемо ми з повною упевненістю відповісти, чи є вічний рух порушенням правил фізики або природним станом світу, в якому ми живемо? Так чи інакше подальше накопичення досвіду, як теоретичного, так і практичного з часом дасть відповідь на це важливе питання. Але в будь якому разі, всі наукові пошуки, пов’язані з відкриттям вічного двигуна були недаремними. Інколи вони просто спонукали до творчості, інколи давали захоплення на все життя чи його частину, а інколи були реальним підґрунтям та передумовою справжнього наукового відкриття…

Список використаних джерел:

1. Чи можливе створення вічного двигуна?http://bibl.com.ua/fizika/33138/index.html
2. Вечные двигатели: история проблемы. 2011.- Електронний ресурс- Код доступу: http://www.diplomus.in.ua/load/vechnye_dvigateli_istorija_problemy/170-1-0-55574
3. Разоблачение вечного двигателя.2014.- Електронний ресурс/ Сорокина В. А. -Код доступу: http://novainfo.ru/article/1987
4. Вечные двигатели. 2009.- Електронний ресурс/ Глотова Е.- Код доступу: http://it-day.ru/technics/67-perpetuummobile

 Статтю підготувала студентка ІV курсу спеціальності Математика заочної форми навчання Коробка Ольга Григорівна у межах звіту про вивчення курсу «Історія науки і техніки» (викладач – професор Р.Я. Ріжняк).