Вечный двигатель

Среди детских игрушек можно встретить забавный прибор под названием «птичка Хоттабыча» (рис. 68). Птичка периодически наклоняется, опускает клюв в воду и поднимает его. Кое-кто, увидев эту игрушку впервые, может воскликнуть: «Вечный двигатель!» Но... не будем торопиться. Разберем секрет птички. Ее голова и клюв покрыты ватой. Если эту вату слегка увлажнить, то при испарении воды голова птички будет охлаждаться. В нижней ампуле прибора налит эфир или другая легко испаряющаяся жидкость, пары которой заполняют все пространство. При охлаждении головы давление этих паров уменьшается. Тогда под избыточным давлением паров эфира в нижней ампуле эфир поднимается по трубочке, голова птички оказывается тяжелее и наклоняется к стаканчику. Как только жидкость достигнет конца трубочки, пары эфира из нижней ампулы прорвутся в верхнюю (головку), давление паров сравняется, жидкость потечет вниз, птичка вновь поднимет клюв. Не будь испарения влаги, не происходили бы все описанные явления. При испарении затрачивается энергия, которая берется от воды комнатной температуры и из окружающего воздуха. А вечный двигатель должен работать без затраты энергии. Поэтому «птичка Хоттабыча» не является вечным двигателем.

Все заводные игрушки и механизмы работают до тех пор, пока имеют запас потенциальной энергии закрученной пружины. Потенциальная энергия закрученной пружины в процессе работы превращается в другие виды энергии и передается другим частям механизма.

Великий закон природы — закон сохранения и превращения энергии — был открыт в середине XIX века. Но не сразу этот закон получил всеобщее признание. Уж очень заманчива была мысль построить такую машину, которая работала бы сама собой. Бесчисленные проекты всевозможных «вечных двигателей» предлагались людьми, недостаточно знакомыми с основами физики. Даже в наше время встречаются такие «изобретатели».

Представьте себя в роли конструктора бюро изобретений и выясните, в чем заключается ошибка в приводимых ниже проектах вечных двигателей.

При разборе проектов не забывайте следующее. «Вечный двигатель» должен работать без подвода энергии. Создание «вечного двигателя» было бы чудом, но чудес не бывает. Если механизм, выдаваемый за «вечный двигатель», совершает работу, которая состоит в преодолении трения только в частях этого механизма, значит, он откуда-то получает энергию. Надо выяснить откуда. Все проекты «вечных двигателей» можно разбить на две группы: а) проекты, авторы которых не обнаруживают внешних источников энергии (см. «птичку Хоттабыча») и б) проекты, содержащие ошибки, так как авторы проектов недостаточно хорошо знают законы физики.

Итак, познакомимся с некоторыми проектами «вечных двигателей». Будьте внимательны!

1. Через блок перекинута цепь (рис. 69, а, б). Свешивающаяся правая часть цепи под действием силы тяжести переходит с одного уровня на другой. Изобретатель уверен, что спущенная часть может быть снова поднята вверх, если связать концы цепи. Будет ли правая часть цепи перетягивать левую?

2. Два одинаковых шара уравновешены в воздухе на коромысле весов. Если один шар опустить в сосуд с водой, то вода будет выталкивать его и коромысло наклонится (рис. 69, в). Изобретатель утверждает, что шар, выйдя на поверхность воды, снова приобретет свой вес, снова будет опускаться в воду, а коромысло вечно будет качаться. Проверьте проект на опыте и найдите ошибку в проекте. Подумайте, не совершает ли этот «двигатель» работу по преодолению силы трения и вязкости жидкости.

3. Вытекающая из водопроводного крана вода ( рис. 69, г) должна создать в герметически закрытом водонапорном баке пустоту. Автор убежден, что атмосферное давление будет вечно пополнять убыль воды в баке.

4. Самозаводящиеся часы. При повышении температуры окружающего воздуха жидкость в радиаторе и соединенном с ним цилиндре будет расширяться и поршень, находящийся в цилиндре, придя в движение, поднимет гирю часов. Подъем гири не мешает ходу часов. Часовой механизм приводится в движение опускающейся гирей (рис. 69, д).

5. Магнитный вечный двигатель. Железный шарик, притягиваясь магнитом, поднимается по наклонной плоскости. Если в верхней части наклонной плоскости сделать отверстие (рис. 69, е), то шарик, провалившись через отверстие, упадет на желоб, скатится по нему и, обладая запасом кинетической энергии, снова попадет на наклонную плоскость, и так без конца.

6. Обычный предмет спора школьников, только что приступивших к изучению электричества. Генератор, однажды приведенный в движение, питает током электродвигатель (рис. 70). Оси генератора и электродвигателя соединены между собой ременной передачей, поэтому электродвигатель поддерживает движение якоря генератора. Можно ли установку назвать вечным двигателем? К генератору по желанию можно подключить осветительную сеть или электродвигатель соединить со станком.

Решите задачу:
«Мощность генератора 4 кВт. Какой мощности электродвигатель можно соединить с этим генератором, если КПД генератора 80% и КПД двигателя тоже 80%?»

7. Радиометр. В баллон с разреженным воздухом помещена вертушка из легких алюминиевых крылышек. С одной стороны крылышки покрыты черной краской (рис. 71). Если недалеко от этого баллона поставить источник яркого света или сильно нагретый предмет, то вертушка начнет вращаться. Можно ил радиометр назвать вечным двигателем?

8. Спинтарископ. Дно короткой трубки представляет экран, покрытый сульфидом цинка — веществом, светящимся от удара альфа-частиц (рис. 72). Близ экрана укреплена игла, на острие которой находится небольшое количество вещества, испускающего альфа-частицы. Наблюдатель, смотрящий через окуляр (при полной темноте), увидит на экране частые вспышки. Ни днем, ни ночью не прекращается эффектное зрелище, напоминающее салют в небе. Бесспорно, что описанное явление сопровождается выделением энергии. Но можно ли назвать спинтарископ вечным двигателем?