Теория и механизмы создания вечного двигателя

МБОУ Кутуликская СОШ

Иркутская область

Тема: Теория и механизмы создания вечного двигателя

Направление: Физика

Автор: Бутуев Сергей,

9 класс

Руководитель: Маменишкина Н.В.,

 учитель физики

2020 г.

Содержание:

1. Введение         ……………………………………………………………….           стр. 3

2. Теория вечного двигателя………………………….………………….        стр. 4

3. Механизмы вечного двигателя…………………………………….….        стр. 5

4. Практическая часть. «Колесо с неуравновешивающимися грузами». стр.8

5. Невозможность создания вечного двигателя...……………………….  стр.9                                                                                                

6. Заключение………………………………………………………………стр.10

7. Список литературы        …………………………………………………..        стр.11

Введение

   Давно известно, что идея вечного двигателя неосуществима, однако она очень интересна и познавательна с точки зрения истории развития науки и технологий. Ведь в поисках вечного двигателя ученые смогли лучше понять основные физические принципы. Более того, изобретатели вечного двигателя являются яркими примерами для изучения некоторых аспектов человеческой психологии: изобретательности, настойчивости и оптимизма.

           Цель работы:

1. Понять, что такое вечный двигатель;
2. Возможно ли на практике создать вечный двигатель?

Задачи исследования:

1. Изучить литературу и интернет источники по данной теме.
2. Разработать схему макета вечного двигателя.
3. Собрать макет вечного двигателя.
4. Показать на макете принцип работы вечного двигателя.

Гипотеза: создание вечного двигателя возможно только в теории.

Объект исследования: вечный двигатель.

Предмет исследования: макет вечного двигателя, на котором можно показать принцип его работы.

Методы исследования: теоретический (теоретический анализ и обобщение специализированной литературы); практический (показ на практике принципа работы вечного двигателя).

Актуальность темы: Сейчас жизнь человека наполнена различной техникой, облегчающей нашу жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу. Вечный двигатель - это такой механизм, который безостановочно движет сам себя и, кроме того, совершает полезную работу. Именно поэтому на протяжении многих веков человечество пытается создать вечный двигатель.

Теория вечного двигателя

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

Вечные двигатели делятся на две большие группы: первого и второго рода.

Вечные двигатели первого рода не извлекают энергию из окружающей среды, например тепло, при этом физическое и химическое состояние его частей также остается неизменным. Машины такого рода не могут существовать исходя из первого закона термодинамики.

Вечные двигатели второго рода извлекают тепло из окружающей среды и превращают его в энергию механического движения. Такие устройства не могут существовать исходя из второго закона термодинамики.

 Сегодня мы уже не можем ограничиваться лишь механикой (ведь есть электричество, магнетизм), поэтому появились две категории вечных двигателей. Первые из них являются естественными, а вторые физическими или искусственными.

Планеты миллиардами лет вращаются вокруг Солнца, являясь примером вечного движения. Это было подмечено очень давно. Естественно, ученые хотели повторить эту картину Божьего творения в уменьшенном масштабе, за что часто считались еретиками и становились жертвами инквизиции. В то же время, иезуиты (монахи, защищающие католическую веру) придавали вечному двигателю огромное значение и тайно работали над его созданием.

Механизмы вечного двигателя

    На Востоке идея вечного двигателя была распространена широко. Первое упоминание о вечном двигателе, сконструированного индийским математиком и астрономом Брахмагупта, относится к 624 году н.э. В своем труде он описал вечный двигатель так: «Сконструировать из светлых пород дерева колесо с полыми, равномерно распределенными спицами, заполнить спицы до половины ртутью, запечатать и поместить колесо на горизонтальную ось. В части спиц ртуть будет подниматься вверх, а в остальных спускаться, обеспечивая непрерывное движение»:

     Лалла, другой индийский астроном, в 748 году написал трактат, описывающий схожий механизм, отличающийся только формой полых спиц:

Около 1150 года индийский математик и астроном Баскар в своем труде описал механизм с полыми трубками, расположенными по окружности колеса.

Он писал : «Эта машина вращается с большой силой, потому,что ртуть с одной стороны ближе к оси, чем с другой». Очевидно, он думал, что такая конструкция постоянно выводит систему из равновесия, поддерживая вечное движение. Считается, что он так и не испытал свое устройство, как впрочем, и многие другие изобретатели вечных двигателей,

Начиная с ХII века основные принципы конструкции вечного двигателя модифицировались и объединялись, чтобы в конечном итоге стать частью истории технологий.

В Средние века, около 1235 года, архитектор Виллар де Оннекур заинтересовался идеей вечного двигателя и был озадачен неудачами своих современников. Чтобы показать их невежество, он нарисовал простую, но весьма оригинальную машину. Ее непрерывное движение обеспечивалось за счет нечетного количества подвижных увесистых молотков, прикрепленных к ободу колеса.

    Рассуждения Виллара довольно просты. Он ошибочно полагал, что всегда с одной стороны оси будут находится четыре молотка, а с другой три, создавая постоянный дисбаланс. Он не осознавал, что система в целом будет стремится к статическому равновесию, когда с каждой стороны будут находится по три молотка и один внизу.

Леонардо да Винчи интересовался всеми механизмами, в том числе и движущимися бесконечно. До наших дней дошли часть его чертежей с изображением рециркуляционных мельниц с архимедовыми винтами.

Он также описал сложные механизмы с заполненными ртутью полостями.

В Немецком музее в Мюнхене имеется реконструкция его машины. Не смотря на то, что во времена да Винчи закон сохранения еще не был известен, гениальный изобретатель очень близко подошел к его идее.

 Он писал: «Падающая вода может поднять такое же количество воды…, но мы должны учесть и потери силы на трение».

Известны и наброски чисто механических вечных двигателей да Винчи, приводимых в движение катящимися шариками

Практическая часть

«Колесо с неуравновешивающимися грузами»

     Колесо с перекатывающимися в нем тяжелыми шариками. При любом положении колеса грузы на правой его стороне будут находиться дальше от центра, чем грузы на левой половине. Поэтому правая половина должна всегда перетягивать левую половину и заставлять колесо вращаться. Значит, колесо должно вращаться вечно.

     Причина неработоспособности: Хотя грузы на правой стороне всегда дальше от центра, чем грузы на левой стороне, число этих грузов меньше ровно настолько, чтобы сумма сил тяжестей грузов, умноженных на проекцию радиусов, перпендикулярную к направлению силы тяжести, справа и слева были равны (FiLi = FjLj).

        Невозможность создания вечного двигателя

     Попытаемся рассказать о законах природы, исключающих возможность создания вечного двигателя.

     Постройте машину, которая совершала бы работу большую, чем сообщённая ей энергия, и вы решите проблему вечного движения.

     Чтобы вечный двигатель мог работать, он должен сам себя обеспечивать энергией. Иначе говоря, он должен вырабатывать ее в достаточном количестве, не имея ни какого внешнего источника. Представьте, что нужно рассчитать баланс энергии, затрачиваемой на совершение того или иного вида работы, будь то движение океанского лайнера, или забивание гвоздей, или полет со сверхзвуковой скоростью. В любом случае количество затраченной энергии всегда должно быть равно количеству энергии произведенной или выделившейся в результате совершения работы. Энергия, которую мы не совсем точно называем потерянной, на самом деле не исчезает. Просто она переходит в иную форму, при этом исключается возможность ее дальнейшего превращения в механическую или электрическую энергию. Так получается оттого, что в результате трения происходит нагревание, и часть энергии выделяется в виде тепла. И это, вообще говоря, справедливо для потерь любого вида энергии, ибо они в конечном счете всегда превращаются в тепло.

Эту же мысль можно выразить и иными словами: во всех случаях общая конечная сумма энергии равна ее общей начальной сумме. Энергия не возникает и не исчезает, но переходит в другую форму, иногда малополезную или совсем бесполезную. Например, тепло, выделяемое в двигателе внутреннего сгорания, - ненужный и, тем не менее, неизбежный продукт превращения энергии. Его можно использовать, скажем, для обогрева салона автомобиля, но сделаем мы это или не сделаем - все равно часть работы, совершаемой двигателем, будет тратиться на тепловые потери.

     Все, о чем говорилось выше, и представляет собой суть важнейшего закона природы - закона сохранения энергии.

     Мы уже говорили, что вечный двигатель должен совершать полезную работу, не имея никаких внешних источников энергии. Проще сказать, в нем не должно сжигаться топливо и к нему не должны прикладываться механические усилия. Существует ряд свидетельств, что именно поиски такой нереализуемой машины заложили фундамент механики как науки. Великие ученные прошлого приняли как аксиому невозможность создания вечного двигателя и тем помогли пробиться росткам новой науки.

Порой легко доказать негодность того или иного проекта вечного двигателя и тем самым показать, что данный конкретный способ его реализации не приведет к желаемому результату. Но это вовсе не означает, что автоматически исключается возможность построения вечного двигателя другими средствами. Поэтому, до тех пор, пока не был четко сформулирован закон сохранения энергии, невозможность создания механического вечного двигателя, установленная многовековым опытом, вовсе не означала невозможность создания, скажем двигателя химического. Конечно, бесплодность поисков вечного движения признавалась еще до того, как этот закон стал достоянием науки. Однако это мнение основывалось не на некоторых общих положениях, а на анализе принципа действия отдельных "машин вечного движения". Тщательное рассмотрение очередного проекта всегда обнаруживало какие-нибудь теоретические ошибки, из-за которых двигатель не мог работать, а претензии изобретателя оказывались несостоятельными.

     В разработку общепринятого ныне критерия неосуществимости вечного движения, провозглашающего невозможность создания энергии из ничего, внесли свой вклад философы, математики, инженеры. Закон сохранения энергии стал неизбежным препятствием для изобретателей вечного двигателя. И все попытки преодолеть это препятствие кончались крахом.

Заключение

       Создать вечный двигатель невозможно, потому что существует закон сохранения энергии, который по-простому можно сформулировать так: "энергия не может появиться из ниоткуда". Теоретически возможно создать систему, энергия в которой сохраняется долгое время, но тогда эта система не сможет выполнять функцию двигателя, т.е. отдавать энергию в окружающую среду.

     Механизм вечного двигателя можно описать просто: двигатель должен делать полезной работы больше, чем сообщается ему энергии. Это, опять же, невозможно, т.к. существует закон сохранения энергии. Следовательно, двигатель может совершать полезной работы столько же, сколько ему сообщено энергии, или меньше.

Список литературы

1.  http://znakka4estva.ru/dokumenty/fizika-i-energetika/vechnyy-dvigatel

2. http://fizolimpiada.ru/referat-po-fizike3.html

3. http://class-fizika.ru/p132.html

4. https://www.bestreferat.ru/referat-239531.html

5. https://salik.biz/articles/34675-osnovnye-modeli-vechnogo-dvigatelja.html

6.https://yandex.ru/q/question/science/pochemu_nevozmozhno_sozdat_vechnyi_b23d40d9/?utm_source=yandex&utm_medium=wizard&answer_id=a95ae87f-0fd6-405c-b663-52954fe0cbcc