"вечные" часы. Схема "вечных" часов

"Вечные" часы

В этой книге мы рассмотрели уже несколько мнимых увечных двигателей" и выяснили безнадёжность попыток их изобрести. Теперь побеседуем о "даровом" двигателе, т. е. о таком двигателе, который способен работать неопределённо долго без всяких забот с нашей стороны, так как черпает нужную ему энергию из неистощимых её запасов в окружающей среде.

Все, конечно, видели барометр - ртутный или металлический. В первом барометре вершина ртутного столбика постоянно то поднимается, то опускается - в зависимости от перемен атмосферного давления; в металлическом от той же причины постоянно колеблется стрелка. В XVIII в. один изобретатель использовал эти (движения барометра для завода часового механизма и, таким образом, построил часы, которые сами собой заводились и шли безостановочно, не требуя никакого завода. Известный английский механик и астроном Фергюссон видел это интересное изобретение и отозвался о нём (в 1774 г.) так: "Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъёмом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре; нет основания думать, чтобы они когда-либо остановились, так как накопляющаяся в них двигательная сила была бы достаточна для поддержания часов в ходу на целый год даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всею откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, они являются самым остроумным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть,- и по идее, и по выполнению".

К сожалению, часы эти не сохранились до нашего времени,- они были похищены, и местонахождение их неизвестно. Остались, впрочем, чертежи их конструкции, выполненные упомянутым астрономом, так что есть возможность их восстановить.

Легко видеть важное принципиальное отличие этого и подобных ему "даровых" двигателей от "вечных" двигателей. В даровых двигателях энергия не создаётся из ничего, как мечтают устроить изобретатели вечного двигателя; она черпается извне,- в нашем случае из окружающей атмосферы, где она накопляется солнечными лучами. Практически даровые двигатели были бы столь же выгодны, как и настоящие "вечные" двигатели, если бы конструкция их была не слишком дорога по сравнению с доставляемой ими энергией (как в большинстве случаев и бывает).

Йоганн Йоахим Бехер (1635...1682), основатель когда-то весьма популярной теории флогистона, выбрал для своих вечных часов в качестве источника привода воду, стекающую во время дождя с крыши дома. Нет сомнения, что все же самым благодарным и самым надежным источником силы привода были изменения барометрического давления или температуры воздуха.

Швейцарские «вечные» часы «Атмос»

Существует много типов «вечных» часов, использующих изменения температуры и давления. Вероятно, наиболее распространенным типом таких часов являются швейцарские часы «Атмос» (рис. 44). Цилиндрический сосуд в задней части прибора заполнен этилхлоридом и герметически закрыт. В сосуде находятся металлические мехи, составленные из круглых мембран, причем мехи растягиваются пружиной. Если в комнате повышается температура, то этилхлорид расширяется и сжимает мехи. При понижении температуры мембранная пружина возвращает мехи в первоначальное положение. Движение мехов передается на вал заводного механизма барабана пружины обычных часов с торсионным маятником. Изменения температуры на 1°C достаточно, чтобы завести пружину на 28 ч хода.

Часы с таким торсионным маятником, известные среди коллекционеров исторических часов под названием «годовые часы», выпускаются и в более обычном варианте с обычным пружинным двигателем. В маленькую вилку, укрепленную на струне-торсионе вблизи места ее подвески, заходило длинное плечо анкера, специально приспособленное для этой цели. Плечо при повороте вилки дает это движение на анкер спускового механизма и этим освобождает спуск часов. Спуск вследствие этого передает в обратном направлении импульсы привода вилке и струне торсионного маятника. Годовые часы производились еще совсем недавно, перед самой второй мировой войной, но их принцип весьма старый. Он разработан был уже в XVIII в. такими часовщиками, как Томпион (около 1713 г.), Деландер (1721 г.), Камю (1722 г.), Кваре (1724 г.). В промышленных масштабах такие часы стали производить в 80-х годах прошлого века. В современном исполнении такие часы появились и на нынешних зарубежных рынках.

К специальным часам относят так называемые лепестковые (календарные) часы , но теперь, в период появления и развития цифровой индикации времени такие часы почти утратили свою необычность. Необычным у них был только лепестковый часовой и минутный циферблат с механизмом для переворачивания лепестков – листочков точно через минутные интервалы. Основой таких часов опять-таки был совершенно обычный балансовый пружинный механизм, расположенный в нижней части футляра с циферблатами. В Европе такие часы распространились на рубеже XIX и XX вв.; они появились из США, где в 1902 г. их запатентовал Э.Л. Фитч. Еще перед первой мировой войной такие часы стали производить и некоторые немецкие фирмы.

Прошло около ста лет с того момента, когда в стенах жилища Орфиреуса в Гере появился его первый вечный двигатель. В это время в маленьком швейцарском городке Шо-де-Фоне стали усиленно распространяться слухи о необыкновенных маятниковых часах, механизм которых якобы приводился в действие с помощью вечного двигателя. Эти разговоры вызывали большой интерес у жителей городка, поскольку в ту пору даже обычный часовой механизм представлял собой, по мнению обывателя, если уж не чудо техники, то, по крайней мере, нечто невообразимо сложное и удивительное. В этих же часах, кроме того, что они показывали часы и минуты, на циферблате имелась даже секундная шкала, а также специальный механизм для наглядного изображения хода так называемого «часового уравнения», описывавшего зависимость между средним и истинным солнечным временем (В XVI-XVIII вв. в быту все еще широко применялись солнечные часы, отсюда стремление приноровить счет времени к истинному солнечному. Для облегчения перевода среднего в истинное солнечное время использовались специальные устройства или таблицы уравнения часов.).

Самодвижущийся механизм, будто бы приводивший в движение хронометрическое устройство, представлял собой большое латунное колесо диаметром 45,8 см, вращавшееся на горизонтальном валу. По периметру колеса на равных расстояниях друг от друга было укреплено 39 одинаковых пустотелых цилиндров, которые при вращении колеса могли откидываться, как показано на схеме этого устройства.

Схема самодвижущегося механического колеса, которое использовал в своих вечных часах механик и часовых дел мастер Давид Роберт Гайзер из Шо-де-Фона (1817 г.).

На каждом штифте, вокруг которого вращался соответствующий цилиндр, одновременно укреплялось по два длинных рычага с плавным изгибом на верхнем конце. Искривленные грани рычагов были снабжены тремя пальцевыми зубьями. Таких внешне весьма замысловатых элементов по окружности колеса было также 39.

Деталь сложного механизма, который Гайзер смонтировал у каждого из 39 грузов. Это устройство должно было управлять откидыванием цилиндров, игравших роль неуравновешенных грузов.

Все они предназначались для того, чтобы обеспечить своевременное откидывание и обратное движение к ободу латунных цилиндров, выполнявших здесь ту же функцию, что и молоточки в машине Вийяра д’Оннекура. В стойках, которые несли подшипники вала рабочего колеса, сверху и снизу были укреплены стальные шпильки, число которых соответствовало количеству зубьев на дужках рычагов. При вращении зубья рычага оказавшегося в горизонтальном положении цилиндра наталкивались на верхние шпильки и ставили цилиндр вертикально. Кроме того, на стальном валу главного колеса укреплялось еще одно зубчатое колесо, которое - как и у обычных часов, приводимых в действие пружиной или противовесом, - являлось компонентом передаточного звена, переносившего «двигательную силу» с самодвижущего устройства непосредственно на колесный механизм часов. Сами маятниковые часы, использовавшиеся Гайзером - автором этого перпетуум мобиле, имели анкерный ход и секундный решетчатый маятник с амплитудой качаний около 1°30′ (Решетчатый маятник - устройство для температурной компенсации маятника, состоящее из стержней с различными коэффициентами температурного расширения, скрепленных перекладинами, и напоминающее решетку.). При этом нигде не было заметно ни малейшего следа какого-нибудь скрытого механизма, который мог бы тайно приводить в движение ведущий элемент, т.е. колесо этого вечного двигателя. Впрочем, было и в самом деле совершенно невозможно скрыть в тонких латунных столбиках какой бы то ни было приводной механизм, который позволял бы поддерживать непрерывное вращение такого большого и сравнительно тяжелого колеса. Именно поэтому никто из окружающих совершенно не сомневался в подлинности гайзеровского перпетуум мобиле.

Тем не менее, часы Гайзера несколько раз подвергались тщательному осмотру. Наконец, в 1817 г. изобретатель вместе со своими часами предпринял путешествие во Франкфурт-на-Майне, где, находясь в крайне стесненных обстоятельствах, в скором времени и умер. После смерти Гайзера его машина в присутствии членов «Франкфуртского промышленного общества» была разобрана на части. Поскольку и на этот раз не было найдено ничего подозрительного, ее вновь собрали. Механик Табор, который занимался анализом сил, действовавших в механизме колеса Гайзера, считал, что результирующая движущая сила этого перпетуум мобиле вполне достаточна для того, чтобы поддерживать непрерывный ход вечных часов в течение произвольно долгого времени.

Тайна вечного двигателя Гайзера была совершенно случайно раскрыта участником еще одного обследования и демонтажа машины, уже знакомым нам Н. фон Поппе, который так описывал это событие:

«… и тут мне и моим коллегам представилась возможность получить в руки эту машину, разобрать ее и тщательнейшим образом все осмотреть. При изучении отдельных ее частей мы поначалу не нашли ничего скрытого; тогда, полностью убежденные в оригинальности машины, мы стали собирать ее вновь и наконец достигли момента, когда нам оставалось лишь надеть на ось стрелки часов. И тут, когда мы случайно слегка повернули секундную ось, наше внимание привлекло одно подозрительное обстоятельство, крайне нас удивившее; впоследствии именно оно и привело к обнаружению скрытого внутри механизма.

К одной из стоек рамы машины вела концентрическая с секундной осью трубка в 3/4 дюйма длиной и примерно 1,5 штриха (часовая мера) толщиной, причем секундная стрелка полностью закрывала доступ к этой трубке. В той же стойке рамы к трубке был подсоединен скрытый привод, с обеих противоположных сторон связанный с маленькими звездчатыми колесиками. С помощью каждого такого колесика можно было завести небольшую узкую пружинку, похожую на часовую, но с большим числом витков. Однако, для того чтобы завести эти пружинки, нужно было предварительно снять секундную стрелку; только под ней можно было заметить маленький хвостовик квадратного сечения, на который надевался специальный заводной ключик. Все эти детали, т.е. зубчатая передача, звездочки и пружинки были весьма искусно спрятаны в особых полостях внутри стойки каркаса. Необходимое усилие пружины, которое узкая и тонкая пружинка не смогла бы обеспечить, создавалось за счет увеличения числа ее витков.

Точно так же, как это имеет место в механизме карманных часов без пружинного компенсатора движущей силы, с каждой указанной пружиной было связано зубчатое колесо (колесо заводного механизма), которое вращалось под действием заведенной пружины и приводило все устройство в движение. С помощью двух других зубчатых колес и передачи, размещенной на валу большого цилиндрического колеса, которое было хорошо доступно наблюдению и которое, как мы ошибочно считали, должно было относиться непосредственно к приводному механизму часов, Гайзер и осуществлял передачу движущего усилия со скрытых пружинок прямо на ось главного колеса. Сила этих пружинок складывалась с равнодействующей откидывавшихся элементов, укрепленных по ободу колеса вечного двигателя, и тем самым приводила в постоянное движение оба механизма, т.е. сам перпетуум мобиле и механизм часов. После разматывания пружин неравновесие сил на колесе вечного двигателя оказывалось недостаточным для приведения всей установки в движение, и машина останавливалась. (Автор отрывка ошибочно считает, что неравновесие сил за счет грузов в подобных двигателях все же существует; на самом же деле сумма моментов весов всех цилиндров относительно центральной оси будет равна нулю, так что колесо все-таки останется неподвижным.)

Сам изобретатель этого в высшей степени хитроумного и тщательно изготовленного устройства, вероятно, до самого последнего момента надеялся, что результирующей силы откидывающихся по периметру колеса цилиндров вполне хватит для привода и самого вечного двигателя, и часов. Так же, как и те, кто позднее восхищались его машиной, он, по всей видимости, был бы крайне разочарован неудачей. Кроме того, изготовление этого устройства, несомненно, стоило ему многих трудов и потребовало значительных денежных средств. Поэтому для того, чтобы все затраченные усилия не пошли насмарку, автор и обратился к умело спрятанному механизму, с помощью которого он смог, правда обманным путем, выпутаться из затруднительного положения. В результате все, кому довелось увидеть часы Гайзера, принимали их за настоящий перпетуум мобиле».

Принцип, использованный Гайзером в его «вечных» часах, так полностью и не был предан забвению. Еще гораздо позднее к нему возвращались некоторые часовых дел мастера, занимавшиеся экспериментами с принципиально новыми схемами часовых механизмов. Так, неизвестный автор «вечных» часов, показанных на рисунке ниже, по существу, использовал идею вечного двигателя Гайзера, с той лишь разницей, что по окружности рабочего колеса он разместил 24 откидывающихся груза.

Современный вариант вечных часов, сконструированных неизвестным автором. Их создатель следовал идее перпетуум мобиле Гайзера, использованной им в своих вечных часах.

Кроме того, несколько иное устройство имел и скрытый пружинный привод. Механизм перпетуум мобиле и сами часы приводились здесь в ход с помощью плоской стальной пружины в 2,5 м длиной, искусно скрытой в бронзовой ступице колеса. Эту пружину заводили ежедневно посредством особого ключа, надевавшегося на четырехгранный хвостовик оси рабочего колеса; при этом для полного завода пружины требовалось 25 оборотов ключа.

Обоих изобретателей этих фальшивых вечных двигателей, Орфиреуса и Гайзера, разделяло почти столетие. Правда, Орфиреус в результате своего нашумевшего по всей Европе обмана, далеко вышедшего за рамки обычных скандальных хроник, так и остался весьма яркой фигурой в истории перпетуум мобиле - фигурой, в которой удивительно сочетались хитрость и недюжинный ум, примитивное жульничество и тонкая сообразительность. Вместе с тем Гайзер, хотя он и был, бесспорно, талантливым и честолюбивым ремесленником, положения и успехов Орфиреуса все же не сумел достичь. Несмотря на это, он также оказался одним из тех, кто своими трудами и изобретениями в конце концов убедили общество в главном - в том, что идея перпетуум мобиле навсегда останется лишь утопией, осуществления которой можно добиться только обманным путем.

Вийяр д’Оннекур (-), французский архитектор, живший в XIII в. Принимал активное участие в строительстве кафедральных соборов в Камбрэ, Венсене, Сан-Квентине и Толедо. Его рисунки, чертежи и рукописи, хранящиеся в Парижской национальной библиотеке, являются по существу единственным достоверным источником информации об уровне художественного и технического мышления периода поздней готики.
Гайзер Давид Роберт (умер ок. 1817), французский механик и часовых дел мастер родом из Шо-де-Фона (Швейцария). Подробное описание конструкции и работы его вечного двигателя приведено Иоганном фон Поппе в книге “Das Perpetuum Mobile und die Kunst zu fliegen” (“Перпетуум мобиле и искусство управления”) (Тюбинген, 1832).

“Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъемом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре; нет основания думать, чтобы они когда-либо остановились, так как накопляющаяся в них двигательная сила была бы достаточна для поддержания часов в ходу на целый год даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, они являются самым остроумным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть, - и по идее, и по выполнению”.

К сожалению, часы эти не сохранились до нашего времени - они были похищены, и местонахождение их неизвестно. Остались, впрочем, чертежи их конструкции, выполненные упомянутым астрономом, так что есть возможность их восстановить.

Рис. 72. Устройство дарового двигателя XVIII в.

Легко видеть важное принципиальное отличие этого и подобных ему “даровых” двигателей от “вечных” двигателей. В даровых двигателях энергия не создается из ничего, как мечтали устроить изобретатели вечного двигателя; она черпается извне, в нашем случае - из окружающей атмосферы, где она накопляется солнечными лучами. Практически даровые двигатели были бы столь же выгодны, как и настоящие “вечные” двигатели, если бы конструкция их была не слишком дорога по сравнению с доставляемой ими энергией (как в большинстве случаев и бывает).

В этой книге мы рассмотрели уже несколько мнимых “вечных двигателей” и выяснили безнадежность попыток их изобрести. Теперь побеседуем о “даровом” двигателе, т. е. о таком двигателе, который способен работать неопределенно долго без всяких забот с нашей стороны, так как черпает нужную ему энергию из неистощимых ее запасов в окружающей среде. Все конечно, видели барометр – ртутный или металлический. В первом барометре вершина ртутного столбика постоянно то поднимается, то опускается, в зависимости от перемен атмосферного давления; в металлическом – от той же причины постоянно колеблется стрелка. В XVIII веке один изобретатель использовал эти движения барометра для завода часового механизма и таким образом построил часы, которые сами собой заводились и шли безостановочно, не требуя никакого завода. Известный английский механик и астроном Фергюссон видел это интересное изобретение и отозвался о нем (в 1774 г.) так:
“Я осмотрел вышеописанные часы, которые приводятся в непрерывное движение подъемом и опусканием ртути в своеобразно устроенном барометре; нет основания думать, чтобы они когда-либо остановились, так как накопляющаяся в них двигательная сила была бы достаточна для поддержания часов в ходу на целый год даже после полного устранения барометра. Должен сказать со всей откровенностью, что, как показывает детальное знакомство с этими часами, они являются самым остроумным механизмом, какой мне когда-либо случалось видеть, – и по идее, и по выполнению”.
К сожалению, часы эти не сохранились до нашего времени – они были похищены, и местонахождение их неизвестно. Остались, впрочем, чертежи их конструкции, выполненные упомянутым астрономом, так что есть возможность их восстановить.

Рис. Устройство дарового двигателя XVIII в.

В состав механизма этих часов входит ртутный барометр крупных размеров. В стеклянной урне, подвешенной в раме, и в опрокинутой над ней горлышком вниз большой колбе заключается около 150 кг ртути. Оба сосуда укреплены подвижно один относительно другого; искусной системой рычагов достигается то, что при увеличении атмосферного давления колба опускается и урна поднимается, при уменьшении же давления – наоборот. Оба движения заставляют вращаться небольшое зубчатое колесо всегда в одну сторону. Колесо неподвижно только при полной неизменности атмосферного давления, но во время пауз механизм часов движется прежде накопленной энергией падения гирь. Нелегко устроить так, чтобы гири одновременно поднимались вверх и двигали своим падением механизм. Однако старинные часовщики были достаточно изобретательны, чтобы справиться с этой задачей. Оказалось даже, что энергия колебаний атмосферного давления заметно превышала потребность, т. е. гири поднимались быстрее, чем опускались; понадобилось поэтому особое приспособление для периодического выключения падающих гирь, когда они достигали высшей точки.
Легко видеть важное принципиальное отличие этого и подобных ему “даровых” двигателей от “вечных” двигателей. В даровых двигателях энергия не создается из ничего, как мечтали устроить изобретатели вечного двигателя; она черпается извне, в нашем случае – из окружающей атмосферы, где она накопляется солнечными лучами. Практически даровые двигатели были бы столь же выгодны, как и настоящие “вечные” двигатели, если бы конструкция их была не слишком дорога по сравнению с доставляемой ими энергией (как в большинстве случаев и бывает).
Немного далее мы познакомимся с другими типами дарового двигателя и покажем на примере, почему промышленное использование подобных механизмов оказывается, как правило, совершенно невыгодным.