Перпетуум – мобилеПерпетуум – мобилеФантазия или реальность?Фантазия или реальность?

Игровой номер команды:14f1628Игровой номер команды:14f1628

Интернет-проект «Удивительный мир физики». Команда «Радуга5»,МБОУ СОШ №5 п.Печенга Мурманская обл.

Состав команды: Барышек Алина, Разживина Ярослава, Ишкильдина Диана, Воробьёва Вика, Каминский Григорий

Вечный двигательВечный двигатель

Вечное движение люди видели вокруг себя! По небу вечно движется Солнце, Луна и планеты, вечно вращается вокруг своей оси Земля… Вечно текут реки, и вечно бегут гонимые ветром облака… Люди даже научились использовать вечное движение воды и ветра, построив водяные и ветряные мельницы.

Поэтому неудивительно, что умами учёных и инженеров завладела дерзкая мысль: если вечное движение существует в природе, значит, и человек может создать вечный двигатель и заставить его служить себе!

Вечный двигатель первого рода

Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (латинское perpetuum mobile переводится вечное движение) — воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего.

Проект вечного двигателя Орфиреуса

Вечный Вечный двигательдвигатель

Вечный двигательВечный двигатель (perpetuum mobile, perpetual motion machine) (perpetuum mobile, perpetual motion machine) – устройство, основанное на механических, химических, – устройство, основанное на механических, химических, электрических или иных физических процессах. Будучи электрических или иных физических процессах. Будучи запущенным, единожды, он сможет работать вечно и запущенным, единожды, он сможет работать вечно и остановится только при воздействии на него извне.остановится только при воздействии на него извне.

Вечный двигатель второго рода

Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

На рисунке показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

В настоящее В настоящее время время прародиной прародиной первых вечных первых вечных двигателей по двигателей по праву праву считается считается Индия.Индия.

Схемы первых вечных Схемы первых вечных двигателей строились на двигателей строились на основе простых основе простых механических элементов и механических элементов и даже в более поздние даже в более поздние времена включали в себя времена включали в себя рычаги, которые рычаги, которые закреплялись по окружности закреплялись по окружности колеса, вращавшегося вокруг колеса, вращавшегося вокруг горизонтальной оси. горизонтальной оси.

И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно.

Наиболее ранние сведения о вечных

двигателях. Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. К самым ранним сведениям о перпетуум мобиле относится, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары. Так, Бхаскара описывает некое колесо с прикрепленными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещенных на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе».

Вечные двигатели обычно Вечные двигатели обычно конструируют на основе использования конструируют на основе использования следующих приёмов или их комбинаций следующих приёмов или их комбинаций

Подъём воды с помощью архимедова винта;Подъём воды с помощью архимедова винта;

Подъём воды с помощью капилляров;Подъём воды с помощью капилляров;

Использование колеса с неуравновешивающимися грузами;Использование колеса с неуравновешивающимися грузами;

Природные магниты;Природные магниты;

Электромагнетизм;Электромагнетизм;

Пар или сжатый воздух.Пар или сжатый воздух.

Идея изобретателя:Идея изобретателя: Через Через трехгранную призму перекинута трехгранную призму перекинута цепь из 14 одинаковых шаров. цепь из 14 одинаковых шаров. Слева четыре шара, справа — Слева четыре шара, справа — два. Остальные восемь шаров два. Остальные восемь шаров уравновешивают друг друга. уравновешивают друг друга. Следовательно, цепь придет в Следовательно, цепь придет в вечное движение против вечное движение против часовой стрелки.часовой стрелки.

Цепочка шаров на треугольной призмеЦепочка шаров на треугольной призме

Почему двигатель не работает: Почему двигатель не работает: Грузы приводит в движение только Грузы приводит в движение только составляющая силы тяжести, параллельная наклонной поверхности. На более составляющая силы тяжести, параллельная наклонной поверхности. На более длинной поверхности больше грузов, но и угол наклона поверхности длинной поверхности больше грузов, но и угол наклона поверхности пропорционально меньше. Поэтому сила тяжести грузов справа, умноженная пропорционально меньше. Поэтому сила тяжести грузов справа, умноженная на синус угла, равна силе тяжести грузов слева, умноженной на синус другого на синус угла, равна силе тяжести грузов слева, умноженной на синус другого угла.угла.

Но…Учёные и инженеры того времени не замечали принципиального различия между вечным движением и вечным двигателем.

Вопрос 1:Вопрос 1:

В чём же состоит это различие? При каких условиях возможно вечное движение?

Ответ на 1 вопрос:Ответ на 1 вопрос: Различие между вечным движением и вечным двигателем в том, что в вечном двигателе колесо не только должно вечно вращаться, но и должна совершаться полезная работа при этом.

Вечное движение возможно, если полностью устранить трение. Таким, например, является движение по инерции, когда на тело не действуют другие тела: при этом тело движется вечно с постоянной скоростью. И колесо вращалось бы вечно, если бы можно было устранить трение полностью.

Однако, даже при полном отсутствии трения вечный двигатель, т.е. устройство, которое совершало бы работу без потребления энергии, был бы невозможен. Сегодня мы знаем, что это следствие закона сохранения энергии.

В 1775 году Французская Академия Наук вынесла решение о запрете на рассмотрение любого типа моделей так называемых "вечных двигателей ".

Вопрос 2:Вопрос 2:Какое устройство называют «вечным двигателем»? И

почему появилось такое решение?

Ответ

Перпетуум - мобиле легче изобрести, чем запатентовать.

Леонид Крайнов-Рытов

«Вечным двигателем» называют устройство, которое способно само себя приводить в действие и при этом совершать полезную работу. В решении Академии (1775 г., примерно за 70 лет до открытия закона сохранения энергии) записано: «Построение вечного двигателя абсолютно невозможно… При отсутствии трения тело, приведённое в движение, постоянно бы в нём оставалось, но не передавало бы силу другому телу. Поэтому такое вечное движение оказалось бы совершенно бесполезным с точки зрения практической». Как следует из этих слов, французские академики хорошо понимали различие между вечным движением и вечным двигателем!

Классификация «вечных двигателей»

1. "Вечный двигатель первого рода" - замкнутая система, осуществляющая непрерывное движение только за счет энергии данной системы, без получения энергии (в любой форме) извне.2. "Вечный двигатель второго рода", в отличие от "вечного двигателя первого рода", использует какой - либо "нетрадиционный" вид энергии поступающий извне.

Вопрос 3: Вопрос 3: Какие законы термодинамики запрещают создание «вечных двигателей» первого и второго рода?

ОтветОтвет

Создание вечного двигателя первого рода, который способен бесконечно совершать работу без затрат топлива, противоречит закону сохранения энергии для тепловых процессов, то есть 1-му закону термодинамики. Вечный двигатель второго рода — воображаемая машина, которая будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел невозможен, так как его создание противоречит второму закону термодинамики.

Колесо с откидывающимися Колесо с откидывающимися грузамигрузами

Вопрос 4:Вопрос 4: Почему, Почему, если такое колесо если такое колесо

изготовить, оно изготовить, оно останется останется

неподвижным?неподвижным?

ОтветОтвет

На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

Ответ на 4 вопрос:Ответ на 4 вопрос: Если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

Моментом силы называют

произведение силы на плечо

силы: M = Fl

На рис. показано устройство такого двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, которые легче воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

Вопрос 5:Вопрос 5: Найдите ошибку в конструкции двигателя,

основанного на законе Архимеда

ОтветОтвет

Ответ на 5 вопрос:Ответ на 5 вопрос: Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет превышать суммарную силу, действующую на остальные баки. Поэтому вся система просто прокрутится по часовой стрелке, пока не выльется вода.

Основа устройства — ртутный барометр крупных размеров: чаша с

ртутью, подвешенная в раме, и опрокинутая над ней горлышком вниз

большая колба с ртутью. Сосуды укреплены подвижно один

относительно другого; при увеличении атмосферного давления колба

опускается и чаша поднимается, при уменьшении же давления —

наоборот. Оба движения заставляют вращаться небольшое зубчатое колесо всегда в одну сторону и через систему зубчатых колес поднимают гири часов.

Вопрос 6:Вопрос 6: Почему Почему данное устройство не данное устройство не

является вечным является вечным двигателем?двигателем?

ОтветОтвет

Мировая сенсация В начале 60-х гг. ХХ в. мировую сенсацию произвела игрушка, получившая в СССР название «вечно пьющая птичка» или рис.2).

• Тонкая стеклянная колбочка с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую ёмкость. Свободным концом колбочка почти касается её дна. В нижнюю часть игрушки налито немного жидкости, а верхняя, пустая, обклеена снаружи тонким слоем ваты. Декоративный клюв, подставка в виде лапок и хвостик из пёрышка довершают облик забавной птички. Перед игрушкой ставят стаканчик с водой и наклоняют её, заставляя «попить». И тут происходит нечто удивительное: не дожидаясь повторного приглашения, птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в стаканчик Раз за разом, непрерывно, днём и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится вода.

«Птичка Хоттабыча»

Идея изобретателя: Тонкая стеклянная колбочка с горизонтальной осью посередине впаяна в небольшую емкость. Свободным концом колбочка почти касается ее дна. В нижнюю часть игрушки налито немного эфира, а верхняя, пустая, обклеена снаружи тонким слоем ваты. Перед игрушкой ставят стаканчик с водой и наклоняют ее, заставляя «попить». Птичка начинает два-три раза в минуту наклоняться и окунать головку в стаканчик. Раз за разом, непрерывно, днем и ночью кланяется птичка, пока в стаканчике не кончится вода.

Почему это не вечный двигатель: Голова и клюв птички покрыты ватой. Когда птичка «пьет воду», вата пропитывается водой. При испарении воды температура головы птички снижается. В нижнюю часть туловища птички налит эфир, над которым находятся пары эфира (воздух откачан). При охлаждении головы птички давление паров в верхней части снижается. Но давление в нижней части остается тем же. Избыточное давление паров эфира в нижней части поднимает жидкий эфир по трубочке вверх, голова птички тяжелеет и наклоняется к стакану.

Попытки создания вечного двигателя предпринимались изобретателями и

в последующее время.Во многих проектах вечные двигатели прибегают к действию силы тяжести.

Фотозарисовка

Источники:

1. http://elementy.ru/posters/perpetuum/

2. http://pm.far-for.net/

3. http://www.it-day.ru/technics/67-perpetuummobile.html

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%E5%F7%ED%FB%E9_%E4%E2%E8%E3%E0%F2%E5%EB%FC