Почему не работает вечный двигатель?

VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Почему не работает вечный двигатель?

Вотяков Я.В. 1
1МАОУ "СОШ № 25" г. Перми
Бармина М.Ф. 1
1МАОУ "СОШ № 25" г. Перми
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Побывав летом в «Парке научных развлечений» г. Перми меня заинтересовала работа механизма «Вечный двигатель» и мне захотелось узнать принцип его работы.

Двигатель — устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу. Например, водяное колесо, или ветреная мельница - это простейшие виды двигателя. То есть, чтобы привести в работу мельницу, ветер дует на лопасти мельницы, приводя в движение жернова. Но как только ветер прекращается, лопасти останавливаются. А значит и работа двигателя останавливается. [1]

Вечный двигатель (лат. PERPETUUM MOBILE) – воображаемое неограниченно долго работающее устройство без затрат топлива, получающее большее количество энергии, чем истрачено при его запуске.

В настоящее время ученые считают, что согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Однако идея вечного двигателя настолько привлекательна, что попытки его создать не прекращаются.[1]

Так почему же при наличии большого количества моделей вечный двигатель не работает без остановки? Постараемся в этом разобраться.

Цель работы: выявить принципы работы вечного двигателя.

Задачи исследования:

Изучить литературу и интернет источники о вечном двигателе.

Провести испытание работы модели вечного двигателя, его прототипов и выявить время их работы.

Перечислить причины почему ни одна его модель до сих пор не работает.

Гипотеза: мы предполагаем, что среди всех моделей есть такие механизмы, которые в будущем при устранении некоторых воздействующих на них сил смогут работать.

Причины для изучения проблемы: заинтересованность особенностями работы вечного двигателя.

Практическая значимость работы: изучение данной проблемы позволило мне ознакомиться с техническими характеристиками вечного двигателя и основными законами физики, связанными с работой вечного двигателя.

Методы исследования:

Анализ прочитанной литературы;

Анкетирование;

Эксперимент.

Глава 1. Основные модели вечного двигателя.

С древности люди пытались создать нечто, работающее само по себе, безо всяких воздействий извне. Позже этому устройству дали определение Perpetuum Mobile или Вечный двигатель. Многие знаменитые ученые разных времен безуспешно пытались его создать, включая и великого Леонардо да Винчи. Он потратил несколько лет на создание вечного двигателя, используя как уже открытые модели, так и пытаясь создать что-то новое. В конце концов, разобравшись, почему же ничего не работает, он первым сформулировал заключение о невозможности создания подобного механизма. Однако изобретателей его формулировка не убедила, и они до сих пор пытаются создать невозможное. [2]

В настоящее время родиной вечных двигателей считается Индия. Так, Бхаскара в своем стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает колесо с прикрепленными по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип его действия был основан на различии перемещающейся тяжести внутри сосудов.

Когда вращалось колесо, ртуть перетекала из одного конца ёмкости в другой, заставляя колесо совершить очередной оборот и должно само по себе вращаться бесконечно. Но двигатель в итоге останавливался, так как здесь срабатывает закон физики, который был позже открыт.

Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся ко времени развития механики в 13-14 веках. Среди рисунков знаменитого Леонардо да Винчи была найдена гравюра с чертежом подобной машины. [https://ru.wikipedia.org/wikiВеч]

К 16-17 векам идея вечного двигателя получила особо широкое распространение. «Эпидемия» создания вечного двигателя разразилась в Англии и во Франции в середине 17 века. В 1678г. во Франции даже издавался научный журнал, в котором систематически публиковалась информация о вечных двигателях. Создавали такие двигатели не для собственного удовольствия, а в надежде на применение. В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на патентование вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания. И даже после этого создание их не прекратилось. В течение 150 последующих лет патентные ведомства стран Европы и США выдали на подобные механизмы около тысячи патентов. На сегодняшний день существуют тысячи проектов вечного двигателя. Все они, разумеется, по разным причинам, не работают так как хотелось бы.

Наиболее часто встречающейся моделью является колесо с различными спицами, зубьями или просто с грузами внутри.

По идее перемещение различных тяжестей внутри колеса должно обеспечивать его вращение. Однако, колесо, даже если и вращается какое-то время, затем всегда останавливается. Причина проста - закон всемирного тяготения или, проще говоря, сила тяжести. Любой предмет вниз будет двигаться быстрее чем вверх. Рано или поздно это и остановит вращение.

Для преодоления этого закона необходимо все движущиеся детали вечного двигателя располагать строго горизонтально. Тогда сила тяжести, при их движении, будет оказывать одинаковое воздействие на все детали в любом их положении. [https://ru.wikipedia.org/wikiВеч]

Похожая проблема возникает в проектах вечного двигателя, основанных на силе магнита. Изобретатели, как правило не учитывают, что сила магнитного притяжения будет уравновешиваться силой тяжести. [6]

Шарик, поднявшись вверх по желобу, не сможет свободно спуститься. Магнит будет его тормозить. В результате у шарика не хватит энергии повторить подъем.

Следующая модель работает на основе закона Архимеда. Вода, поднимаясь по винту Архимеда в верхней точке переливается последовательно в чаши при этом вращая лопасти водяных колес, которые вращают Архимедов винт, который поднимает воду и так по кругу до бесконечности.

Эта модель действительно могла бы работать если бы не сила трения, возникающая при вращении винта, которая в конечном итоге его и остановит.

Если когда-нибудь наши ученые создадут вещество, которое сможет устранить полностью силу трения….тогда целый ряд моделей вечного двигателя окажутся реально работающими и ученым придется пересмотреть закон сохранения энергии. [https://ru.wikipedia.org/wikiВеч]

Глава 2. Современные прототипы вечных двигателей.

В настоящее время мы тоже можем наблюдать механизмы основанные на идее работы вечного двигателя. Это декоративные конструкции, работающие по принципу маятника. Они имеются в продаже, мы можем их приобрести и испытать. Одни механизмы вращаются вокруг оси. Другие работают за счет постоянного смещения движущихся деталей.

В «Парке научных развлечений» мы смогли понаблюдать за работой следующих механизмов.

Маятник Ньютона.

Потянув крайний правый шарик, мы наблюдаем странную картину: средние шарики остаются неподвижными и лишь крайний слева взмывает вверх и возвращает толчок кой же силы снова правому шару. На самом деле, если присмотреться средние шарики чуть заметно «вздрагивают», то есть то же совершают действие, успевая передать импульс соседнему шарику и остановиться. Последний шарик, не имея перед собой «препятствия», свободно движется, поднимаясь на высоту, затем возвращается, и все повторяется в обратном направлении.

Маятник Максвелла.

Чтобы маятник начал двигаться, необходимо намотать на ось ленты, на которых держится колесо. Отпустив колесо, ленты будут то разматываться, то

обратно заматываться на ось. Колесо будет то опускаться, то подниматься, но скоро остановится из-за того, что в системе присутствует сила трения и земное притяжение. В окружающем мире маятник можно увидеть в виде игрушки йо-йо, прародителем которой является маятник Максвелла.

Волновой маятник.

Шарики подвешены на оси на нити разной длины. Приводится в движение рычагом, который сначала выравнивает положение всех шаров, а затем приводит их в движение. Почему движения маятника на синхронны? Дело в том, что частота колебаний маятника зависит от длины подвеса. Чем длиннее подвес, тем меньше частота. Частота подобрана так, что через некоторое время после синхронного запуска мы увидим модель «бегущей волны». Потом эта «бегущая волна» пропадает, и мы можем наблюдать «стоячую волну».

Хаотичный маятник.

Приводится в движении при помощи ручки, которую необходимо прокрутить по часовой или против часовой стрелке. Через некоторое время он начинает двигаться хаотично. Его части взаимно влияют друг на друга, и энергия может перераспределяться между ними абсолютно непредсказуемо и уникально. Одна из них может остановиться, а другая в это же время начать вращаться. Движения данного маятника – наглядный пример хаотических процессов, который нельзя (или очень сложно) описать математически.

Вечный двигатель.

П о идее древних инженеров, продумавших данный механизм, это колесо должно крутиться вечно. В основе задумки лежит правило рычага. Одна из его формулировок: для уравновешивания груза на длинном рычаге требуется больше усилия, чем для уравновешивания груза на коротком. Проверить утверждение просто. Попробуйте удержать сумку (или предмет потяжелее) на вытянутой руке. Затем прижмите руку ближе к груди. Чувствуете разницу? На вытянутой руке труднее удержать, так как рука — это как бы рычаг. Прижав руку к груди, мы утрачиваем рычаг, поэтому и удержать проще. Так думали и создатели двигателя. Более длинные рычаги должны перевешивать. При повороте будут подключаться новые шарниры – рычаги, откидываясь под действием своей тяжести. В идеале это должно продолжаться вечно. Причина, по которой данный двигатель не работает вечно проста. Да, рычаги справа – длиннее. Но слева грузиков-рычагов больше, чем справа. Их количество компенсирует действие длинных рычагов. И еще, при вращении, работает сила трения. Именно поэтому колесо не будет вращаться вечно.

Глава 3. Практическая часть.

Анкетирование. (приложение 1)

Цель: Выявление информированности учащихся 3-х классов о возможности создания вечного двигателя.

В анкетировании приняли участие 21 ученик 3 Б класса МАОУ «СОШ № 25».

Вопрос

Ответ учащихся (знает)

Знаете ли вы что такое магнит?

100 %

Где используются магниты

100 %

Что вы знаете о вечном двигателе?

4,7 %-знают; 95,3% - не знают ничего

Возможно ли создание вечного двигателя

33% - ответили «ДА»; 48 % - «НЕТ»

19 % - ответили «ВОЗМОЖНО»

Анализируя результаты анкетирования, можно сделать следующие выводы:

Все ученики (100 %) знают, что такое магнит.

Большая часть анкетируемых (100%) знают, где используется магниты.

Большинство учащихся (95, 3%) не знают, о вечном двигателе.

На вопрос «Возможно, ли создание вечного двигателя?»

- 33 % ответили «ДА»;

- 48 % - ответили «НЕТ»;

- 19 % - ответили «ВОЗМОЖНО».

Это подтверждает, что человечество все-таки задумывается о создании вечного двигателя. При этом зная, что это невозможно.

Испытание механизмов

Проанализировав работу вечного двигателя и его прототипов, мы решили испытать некоторые механизмы, имеющихся в «Парке научных развлечений» города Перми и определить время их фактической работы.

№ п/п

Название механизма

Вид маятника

Время работы механизма до момента остановки

1.

Маятник Ньютона

 

1 минута 42 сек.

2.

Маятник Максвелла

 

2 минуты 44 сек.

3.

Волновой маятник

 

22минуты 53 сек.

4.

Хаотичный маятник

 

1 минута 24 сек.

5.

Вечный двигатель

 

3 минут 26 сек.

В результате испытаний механизмов можно сделать вывод, что ни один механизм не будет работать вечно. Но вечный двигатель и волновой маятник проработали дольше остальных. Если бы можно было устранить силу трения и земное притяжение эти модели могли бы работать вечно.

Мы с папой попробовали собрать и испытать простую модель вечного двигателя в виде поливочной машины для комнатного цветка. Его устройство: рычаг, груз, грелка с водой, горшок с растением. На одном плече рычага – горшок с растением, а на другом – уравновешивающий его груз. Под гирей эластичная емкость (медицинская грелка) с водой. Когда земля подсыхает, масса горшка уменьшается, и гиря нажимает на грелку. Вода по трубке льется в горшок до тех пор, пока его масса не достигнет массы груза. Но практика показала, что вода когда-то за кончится в грелке и ее потребуется долить.Значит, считать это вечным двигателем невозможно.

Заключение

Таким образом, я узнал об авторах "вечных двигателей" и узнал из истории, что их созданием люди начали интересоваться еще в древности и нашел ответ на вопрос «Почему не работает вечный двигатель?». 
В результате работы над этим проектом я понял, что при работе любого механизма действуют законы физики, которые объясняют причины остановки механизма. Вечный двигатель не может работать, так как мешает сила трения и земная гравитация.

Представление о невозможности вечного двигателя является одним из самых важных положений физики. У многих создается внутренняя убежденность, что тот, кто пытается построить вечный двигатель, — или неграмотный, или сумасшедший. При таком подходе мы незаслуженно принижаем роль в развитии науки и техники многих поколений средневековых ученых. Занимаясь изобретением вечного двигателя, человечество открывает новое, идущее на создание высоких технологий. Возможно, что те мои одноклассники, которые ответили, что создание вечного двигателя, возможно, создадут уникальные мировые открытия.

Но мы можем предположить, что если бы эти причины были устранены, то вечный двигатель смог бы работать ВЕЧНО!

Список используемых источников и литературы

1. Бродянский В.М. Вечный двигатель – прежде и теперь. От утопии – к науке, от науки – к утопии. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 256с. – (Научно-популярная библиотека школьника).

2. Вечный двигатель вчера и сегодня. Перельман Я. И М.: Мир, 1984

3. Занимательная физика. Книга 1, 2 Я.И. Перельман. М.: Наука,1979

4. Физика 7 класс: учеб. для общеобраз. учеб. учреждений\ Перышкин

5. Хочу стать Кулибиным. И.И.Эльшанский .М.: Дрофа.2008

6. Чернышов В.А. "Магнитный двигатель публикации: 17.02.2011 г.

7. https://ru.wikipedia.org/wikiВеч

р

Приложение 1

Анкета

Цель: Выявление информированности учащихся 3 -го класса о возможности создания вечного двигателя. Отметь галочкой вариант ответа или впиши свой вариант.


1. Знаете ли вы что такое магнит? 

- да

-нет
2. Где используется магниты? 
____________________________________________________________________
3. Что вы знаете о вечном двигателе? 
____________________________________________________________________
4. Возможно ли создание вечного двигателя?
- да

- нет

- не знаю

- свой вариант ответа __________________________________________________
и решении некоторых чисто практических проблем создать вечный двигатель возможно, только решить эти проблемы очень сложно при нашем развитии цивилизации.

Просмотров работы: 285