Как протестировать вечный двигатель?
К нам в редакцию с завидной регулярностью приходят письма с описанием конструкций вечных двигателей и предложениями помочь с постройкой действующего прототипа во имя вечного счастья для всего человечества. Мы с большим уважением относимся ко всем нашим читателям, в том числе и тем, которые считают первый и второй постулаты термодинамики досадным историческим недоразумением. Мало того, изобретательство мы считаем важнейшим из талантов и почетнейшим из хобби.
В помощь нашим читателям, занимающимся на досуге разработкой Perpetuum Mobile, мы решили описать несколько простых способов протестировать их машины и как можно скорее узнать, идут ли они верным путем или пора отправить готовые чертежи в корзину и сесть за новые.
История болезни
Доктор Симанек считает строительство вечных двигателей отличным подспорьем в учебе, но ровно до тех пор, пока автор конструкции не начинает верить в то, что машина и вправду будет работать. К пренебрежению постулатами термодинамики заслуженный физик относится крайне нетерпимо. Видимо, поэтому он решил создать лекарство для больных, страдающих манией Perpetuum Mobile.
Дональд Симанек разработал ряд простых способов протестировать работу потенциального вечного двигателя в домашних условиях при минимальных затратах как на измерительные инструменты, так и на строительство самого прототипа. Болезнь, как правило, развивается по классическому сценарию. Пациент строит очередную конструкцию «вечного колеса» — колеса, одна сторона которого всегда оказывается тяжелее другой благодаря системе рычагов, перекатывающихся шариков, переливающейся жидкости и т.?д.
Обычно «вечное колесо» — довольно сложная механическая конструкция, реализовать которую на достойном техническом уровне весьма непросто. Многочисленные шарниры, подшипники, рычаги сложной формы всегда оставляют желать лучшего в плане качества изготовления. Поэтому на глаз сложно определить, почему машина останавливается: то ли концепция несостоятельна, то ли мешают трение и дисбаланс в неидеально изготовленных частях.
Так зарождаются сомнения. Автор прототипа запускает колесо, и оно вращается довольно долго. Все механизмы работают так, как задумано. Кажется, будто стоит еще совсем немного уменьшить трение — и механизм будет работать вечно. Так автор начинает верить в успех и убеждать окружающих, что если те проинвестируют покупку самых современных подшипников и самых точных 3D-принтеров, то счастье для всего человечества будет достигнуто, а Джоуль и Кельвин останутся в дураках.
Поверенный пинок
На самом же деле, чтобы доказать состоятельность концепции, вовсе не обязательно строить полномасштабную модель и заставлять ее вращаться вечно. Достаточно лишь продемонстрировать, что оригинальные элементы конструкции, как бы кустарно они ни были сделаны, генерируют хоть капельку энергии. Для этого достаточно сравнить поведение «вечного» колеса с обычным, создав для них одинаковые условия.
Как правило, чтобы привести в действие прототип «вечного колеса», необходимо придать ему первоначальный импульс — толкнуть рукой. Попробуем вместо стихийного «толчка» дать колесу строго определенное количество энергии. Для этого достаточно намотать на ось двигателя, скажем, десять оборотов шнура, а к другому концу шнура привязать груз, например килограммовую гирю.
Отпустите груз и позвольте ему раскрутить ось машины. Засеките время, через которое машина остановится. А затем проведите второй замер: зафиксируйте все механизмы, которые призваны смещать баланс колеса, так, чтобы колесо было полностью сбалансировано. Закрепив все шарики, рычаги и шарниры, скажем, скотчем, вы превратите «вечное» колесо в самое обыкновенное. Намотайте на ось те же десять оборотов, привяжите тот же один килограмм и засеките, через какое время колесо остановится. Если зачетное время «вечного колеса» превысит время обычного, можете смело звонить в Нобелевский комитет.
Аналогичный способ тестирования — установить прототип на возвышении и засекать время, за которое груз опустится на землю или шнур полностью размотается. Важно проводить эксперименты качественно. Подбирайте такой груз, чтобы скорость вращения колеса была оптимальной для работы всех механизмов «вечного движения». Длина шнура должна обеспечивать более-менее продолжительное время эксперимента, как минимум 20 секунд.
Тормоза придумали физики
Конечно же, в XXI веке возможностей для творчества гораздо больше. Последний писк моды — это двигатели на постоянных магнитах и неподвижные электромагнитные генераторы. Некий Том Бирден в 2002 году умудрился даже получить патент США на генератор, черпающий энергию из вакуума. История разрешилась грандиозным скандалом и массовой переаттестацией сотрудников патентного ведомства.
Протестировать двигатель на постоянных магнитах с помощью отвеса с грузом не получится. Современные концепции требуют более продвинутых инструментов. Однако даже их можно без труда соорудить дома из подручных материалов.
Натяжение ремня подбирается таким образом, чтобы двигатель мог работать на оптимальных оборотах. Если натяжение в вашем случае окажется хоть немного значительным (что вряд ли), вы увидите, что показания динамометров разойдутся: тот, что располагается после шкива по ходу вращения, покажет меньшее усилие. Разница в показаниях динамометра — это и есть крутящий момент двигателя, то есть та польза, которую он принесет миру. Если посчитать обороты двигателя во время замера и умножить их на крутящий момент, вы получите мощность мотора.
Описанные выше тесты применимы практически ко всем моделям вечных двигателей. Доктор Симанек напоминает, что даже в самой сложной конструкции, состоящей из множества взаимодействующих частей, можно выделить относительно простой элемент, на котором зиждется вся концепция вечного движения. Вот его-то, а не дорогой полнофункциональный прототип, и нужно проверять.
