Яков Перельман: Вечные двигатели. Почему они невозможны

«Вечным двигателем» называется такая воображаемая машина, которая, не заимствуя энергии извне, действовала бы безостановочно и совершала бы при том некоторую работу. Машина, которая поддерживала бы безостановочно только свое собственное движение, не производя никакой добавочной работы, не являлась бы «вечным двигателем» в строгом смысле этих слов.

Осуществить «вечный двигатель» невозможно — это противоречило бы законам природы. Нельзя создавать энергию ни из чего: энергия не создается, а лишь преобразуется из одного вида в другой. Таков основной закон всего естествознания, закон сохранения энергии, открытый в середине прошлого столетия Юлием Робертом Майером (стодвадцатипятилетие со дня рождения которого истекает в 1939 г.).

Проследим, например, за пулей, пущенной вверх. Сопротивление воздуха и сила тяжести задерживают ее полет: пуля постепенно замедляет движение и, наконец, достигнув высшей точки своего пути, истощает всю свою скорость. Но исчезает ли при этом энергия пули, т. е. ее способность производить работу? Нет, потому что, во-первых, воздух, сдавливаемый летящей пулей, нагревается сам и нагревает пулю. Энергия движения пули частично переходит в тепловую энергию. Во-вторых, поднятая вверх пуля может теперь совершить при своем падении большую работу, чем когда она находилась внизу: ее «энергия положения» возросла. Мы видим, что запас энергии, первоначально сообщенный пуле, не исчез; он лишь преобразовался частью в тепловую энергию (воздух и пуля нагрелись), частью и энергию положения. — Будем следить за пулей дальше. Достигнув высшей точки своего подъема, она начинает падать с возрастающей скоростью. Но энергий ее движения не создается при этом ни из чего: она получается здесь за счет уменьшения энергии положения, так как при падении с меньшей высоты пуля способна произвести и меньшую работу. Во время движения пули вверх и вниз первоначальный запас ее энергии меняет свою форму, но количественно остается неизменным. Так же происходит и во всех других случаях кажущегося исчезновения и появления энергии.

Закон сохранения энергии не имеет ни одного исключения. Всякий раз, когда мы встречаемся с явлением, повидимому, противоречащим этому закону, при более внимательном рассмотрении обнаруживается ошибка в наблюдении или в рассуждении. Все проекты вечных двигателей, придуманные многочисленными изобретателями, заключают в себе какую-нибудь ошибку. Тем не менее, число искателей вечного двигателя еще и в настоящее время довольно велико. Не так давно была даже сделана в США бесплодная попытка осуществить вечный двигатель в промышленности; проект состоял в использовании энергии жидкого воздуха для приготовления другой порции жидкого воздуха в таком же количестве. Предприятие, разумеется, кончилось полным провалом.

В нашей книжечке описан десяток типичных проектов «вечного двигателя» и показана их несостоятельность. Разбор примеров мнимых «вечных двигателей» может предостеречь иных читателей от бесплодных попыток обойти закон сохранения энергии.

Для понимания дальнейшего полезно остановиться предварительно на рассмотрении одного вопроса. Разберем, при каких условиях тело, могущее вращаться вокруг оси, придет во вращение под действием нескольких сил. Пусть (см. рис. стр. 6) к диску, насаженному на ось О, подвешены в точках а, b, с, d грузы А, В, С, D. Повернется ли диск и, если повернется, то в какую сторону?

Чтобы узнать это, нужно — учит механика — вычислить так наз. «моменты» действующих на диск сил. Это значит, что надо найти произведение величины каждой силы на расстояние ее направления от оси вращения. В нашем случае:

момент силы А = А × Oa 1

" " В = В × Ob 1и т. д.

Если сумма моментов всех сил, стремящихся повернуть диск вправо, равна сумме моментовсил, поворачивающих его влево, то — как учит механика, — диск вращаться не будет. Если же такого равенства нет, диск будет вращаться под действием избытка моментов сил.

Эти соображения понадобятся нам при разборе некоторых проектов мнимых вечных двигателей.