1.4. Магнитные ppm
1.4. Магнитные ppm
Первым известным магнитным ppm была машина Петра Пилигрима (1269 г.), уже описанная в начале этой главы (рис. 1.4).
Новые виды магнитных вечных двигателей, появившиеся позже, основывались, так же как и первый, на аналогии между силой тяжести и силой притяжения магнита.
Такая аналогия была совершенно естественной, она подкреплялась общефилософскими соображениями; кроме того, силу притяжения магнита можно было непосредственно сравнить с силой тяжести.
Действительно, если на одну чашу весов положить кусок железа, а на другую — равную по весу гирю, то, воздействуя снизу на железо магнитом, можно определить его силу. Для этого нужно вновь уравновесить весы, добавочный груз будет равен силе притяжения магнита. Такое измерение произвел Николай Кребс (1401-1464 гг.), известный под именем Николая Кузанского (по селению Куза на Мозеле). Именно совместное действие двух тождественных сил — магнита и тяжести — служило идейной основой почти всех предложенных после Петра Пилигрима магнитных ppm.
Первым из них был двигатель, изобретенный Иоганном Теснериусом, Кельнским архиепископом конца 50-х годов XVI в. Он отдал много лет изучению всего, что связано с магнитами; это привело его к выводу, что «ни в одном случае вечное движение не достижимо никаким способом, кроме использования магнитного камня».
В сочинении о природе магнитных явлений он излагает своеобразную инструкцию для тех, кто пожелает сделать магнитный ppm, и приводит его схематическое изображение (рис. 1.15).
Рис. 1.15. Схематическое изображение магнитного ppm Иоганна Теснериуса
Перевод с латинского главной части этой инструкции опубликован в [2.4]. Этот любопытный документ заслуживает того, чтобы привести его здесь.
«Возьми вместилище из железа, вроде вогнутых стекол, снаружи украшенное различными выгравированными узорами не только ради красоты, но также ради легкости, ибо чем легче сосуд, тем лучше его можно привести в движение. Но он не должен быть при этом прозрачным, так что можно было бы видеть заключенную в нем тайну.
На внутренней стороне вместилища должны быть многочисленные маленькие одинаково тяжелые кусочки железа, толщиной в горошину или боб. Колесо внутри вместилища должно быть одинаково тяжело во всех своих частях. Приспособление, на котором колесо может вращаться, поставлено в середине так, что оно остается совершенно неподвижным. К нему прикрепляется серебряный штифтик В, на самой высокой точке которого находится магнит А. Когда магнитный камень таким образом приготовлен, он должен быть приведен в круглую форму; затем определяются полюсы. Потом, оставляя полюсы неподвижными, обе противоположные стороны в середине выпиливают на манер яйца; кроме этого те две стороны должны быть сплющены, дабы низкая часть занимала самое низкое место и, таким образом, она придет в соприкосновение со стенками вместилища, которое как бы колесо. Когда это исполнено, надевают камень на штифтик так, чтобы северный полюс был немного наклонен по направлению к железной полоске, дабы сила действовала на нее не непосредственно, а под определенным углом.
Таким образом каждая полоска приблизится к северному полюсу и затем, когда она вследствие вращения колеса пройдет мимо северного полюса, она придет к южному, который ее отгонит прочь, и тогда она опять притянется к северному полюсу, так что останется в движении.
Для того чтобы колесо исполняло свою работу скорее, следует включить во вместилище маленький металлический или серебряный камешек Е такой величины, чтобы он легко помещался между двумя полосками. Когда колесо подымется вверх, камешек упадет на противоположную сторону и так как движение колеса по направлению к самой низкой части вечно, то так же вечно будет падение камешка между двумя полосками, ибо он вследствие своей тяжести стремится к центру земли и самому нижнему месту…»
Создать реальную машину на основе такой «технической документации» в стиле алхимических руководств едва ли возможно; сам ученый архиепископ такой попытки, по-видимому, не предпринимал. Более того, он скорее всего не сам придумал такой двигатель, а заимствовал его у кого-то из предшественников.
Несмотря на недостаток сведений о машине Теснериуса, ее идея в общем ясна. Она заключается в том, что каждая железная пластинка, закрепленная на колесе, сначала притягивалась к северному полюсу магнита А, а потом отталкивалась в том же направлении от южного, получая таким образом два последовательных импульса в одну сторону. Затем, при повороте колеса, на ее место приходит следующая пластинка и т.д.
Интересна роль шарика Е, который, периодически падая при вращении колеса с левой его стороны на правую, дает, по мнению автора, дополнительные силы, помогающие его вращению. Таким образом, двигатель Теснериуса представляет собой некий «гибрид» основного (магнитного) и вспомогательного (механического) ppm.
Никаких данных о попытках экспериментальной проверки этого устройства в литературе нет.
Еще более любопытный магнитный ppm предложил любитель науки, изобретатель и коллекционер, иезуит Анастасиус Кирхер[8](1602-1680 гг.). Его двигатель предельно прост. Как видно из рис. 1.16, он состоит из железного круга ABCD, на котором радиально расположены направленные наружу железные стрелы. Этот круг должен вращаться под действием четырех магнитов I, F, G, Н, расположенных на внешнем кольце.
Рис. 1.16. Магнитный ppm А. Кирхера
Почему Кирхер решил, что круг со стрелами будет вращаться, совершенно непонятно. Все предыдущие изобретатели таких кольцевых двигателей пытались создать какую-то асимметрию, чтобы вызвать силу, направленную по касательной. У Кирхера таких мыслей не возникло. Он мыслит еще в совершенно схоластическом средневековом духе. Он даже серьезно утверждал, что притягательная сила магнита увеличится, если его поместить между двумя листьями растения Isatis Sylvatica.
Рис. 1.17. Схема магнитного ppm, описанного в книге «Сотня изобретений» Д. Уилкинса
Более интересный и оригинальный магнитный ppm описал в своей книге «Сотня изобретений» (1649 г.) уже известный нам Джон Уилкинс. Схема этого двигателя представлена на рис. 1.17. К шаровому магниту, расположенному на стойке, ведут два наклонных желоба: один (А) прямой, установленный выше, и другой (Б) изогнутый, установленный ниже. Изобретатель считал, что железный шарик, помещенный на верхний желоб, покатится вверх, притягиваемый магнитом. Но так как перед магнитом в верхнем желобе сделано отверстие, шарик провалится в него, скатится по нижнему желобу и через его изогнутую часть снова выскочит наверх и двинется к магниту и т. д. до бесконечности.
Уилкинс, который, как мы уже видели, хорошо разобрался в принципиальных вопросах механических ppm, оказался на высоте и в этом случае. Закончив описание этой конструкции, он пишет: «Хотя это изобретение на первый взгляд кажется возможным, детальное обсуждение покажет его несостоятельность». Основная мысль Уилкинса в этом обсуждении сводится к тому, что если даже магнит достаточно силен, чтобы притянуть шарик от нижней точки, то он тем более не даст ему провалиться через отверстие, расположенное совсем рядом. Если же, наоборот, сила притяжения будет недостаточна, то шарик просто не будет притягиваться. В принципе объяснение Уилкинса правильно; характерно, что он четко представляет себе, как быстро уменьшается сила притяжения магнита с увеличением расстояния до него.
Возможно, Уилкинс учел и взгляды знаменитого Уильяма Гильберта (1544-1603 гг.) — придворного врача королевы Елизаветы Английской, который тоже не поддержал идею этого двигателя.
В книге Гильберта «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле» (1600 г.) не только дана сводка уже известных к тому времени сведений о магнетизме, но и описаны новые результаты, полученные в многочисленных экспериментах.
В предисловии к книге Гильберт писал: «В открытии тайн и исследовании скрытых причин вещей от точных опытов и доказанных положений получаются более прочные выводы, нежели от непонятных догадок и мнений рутинных философов». Как далека эта четкая позиция от рассуждений философа-архиепископа Теснериуса!
Рис. 1.18. «Усовершенствованный» магнитный ppm XX в.
В XX в. была все же найдена возможность осуществить устройство с шариком, «вечно» бегущим по двум желобам, в точности соответствующее по внешнему виду магнитному ppm, описанному Уилкинсом. Такой «усовершенствованный» двигатель показан на рис. 1.18. Верхний желоб изготовляется из двух электрически изолированных одна от другой металлических полос, а вместо постоянного магнита на стойке устанавливается электромагнит. Обмотка электромагнита присоединена к аккумулятору или другому источнику электропитания так, чтобы цепь замыкалась через железный шарик, когда он находится на верхнем желобе, касаясь обеих его полос. Тогда электромагнит притягивает шарик (левый рисунок). Докатившись до отверстия, шарик размыкает цепь, проваливается и скатывается по нижнему желобу (правый рисунок), возвращаясь по инерции на верхний желоб, и т. д. Если спрятать аккумулятор в стойку (или незаметно провести через нее провода для питания электромагнита извне), а сам электромагнит поместить в шаровой футляр, то можно считать, что действующий ppm готов. На тех, кто не знает (или не может отгадать) секрета, он производит большое впечатление.
Нетрудно видеть, что в такой игрушке как раз устранен тот недостаток, на который указывал Уилкинс, — возможность того, что шарик притянется к магниту и не провалится в отверстие. Магнит перестает действовать как раз в тот момент, когда шарик должен провалиться в отверстие, и снова включается тогда, когда нужно тянуть шарик вверх.
Подобных игрушек, разными способами имитирующих ppm, в последнее время придумано и изготовлено довольно много. Дальше, в гл. 5 помещен специальный раздел о псевдо-ppm, где разобраны различные устройства, принимаемые (или выдаваемые) за ppm.
Представляет интерес еще один проект магнитного ppm, предложенный неким доктором Якобусом. Как видно из рис. 1.19, это по существу полугравитационный — полумагнитный ppm. На оси СВ установлено колесо Е с накинутой на него цепью AD железных тяжелых шаров. Магнит Я, расположенный сбоку, оттягивает цепь в сторону, создавая асимметрию по отношению к оси колеса. С той его стороны, где расположен магнит, будет больше шаров, причем часть этих шаров будет дальше от оси. По всем этим причинам, как считал автор, колесо должно вращаться. Этого, естественно, не произойдет. Общее действие магнита на шары, расположенные как с одной его стороны, так и с другой, создаст, конечно, определенные моменты сил, однако они будут направлены в противоположные стороны и их сумма с учетом моментов сил притяжения всегда будет равна нулю.
Рис. 1.19. Гравитационно-магнитный ppm доктора Якобуса
В дальнейшем были предложены и многие другие магнитные ppm, в том числе и довольно замысловатые [2.1-2.6]; некоторые из них были построены, но их постигла та же судьба, что и остальные. Идея одного из таких построенных магнитных двигателей была выдвинута уже в конце XVIII в. Некий шотландский сапожный мастер по фамилии Спенс нашел такое вещество, которое экранировало притягивающую и отталкивающую силу магнита. Известно даже, что оно было черного цвета. С помощью этого вещества Спенс обеспечил работу двух изготовленных им магнитных ppm.
Успехи Спенса были описаны шотландским физиком Дэвидом Брюстером (1781-1868 гг.) в серьезном французском журнале «Анналы физики и химии» в 1818 г. Нашлись даже очевидцы: в статье написано, что «мистер Плейфер и капитан Кейтер осмотрели обе эти машины (они были выставлены в Эдинбурге) и выразили удовлетворение тем, что проблема вечного двигателя, наконец, решена». Вот так!
Дальше, как обычно, никаких «актов о внедрении» не последовало.
Нужно отметить, что в части открытия вещества, экранирующего магнитное поле, Спенс ничего особенного не сделал и его «черный порошок» для этого не нужен. Хорошо известно, что для этого достаточно листа железа, которым можно заслонить магнитное поле. Другое дело создать таким путем ppm, поскольку для движения листа, экранирующего магнитное поле, нужно в лучшем случае затратить столько же работы, сколько даст магнитный двигатель.
Общее количество магнитных двигателей все же было меньше, чем механических и особенно гидравлических. К последним мы и перейдем.