Чтение онлайн

В Англии, например, по земельной описи было 5000 водяных мельниц. Но водяное колесо применялось не только в мельницах; постепенно его стали использовать и для привода молота в кузницах, ворота, дробилки, воздуходувных мехов, станков, лесопильных рам и т. д. Однако «водяная энергетика» была привязана к определенным местам рек. Между тем техника требовала двигатель, который мог бы работать везде, где он нужен. Совершенно естественной поэтому была мысль о водяном двигателе не зависимом от реки. Действительно, половина дела — как использовать напор воды — была ясна. Тут накопился достаточный опыт. Оставалась другая половина дела — создать такой напор искусственно.

Способы непрерывно подавать воду снизу вверх были известны еще с античных времен. Самым совершенным из нужных для этого устройств был архимедов винт. Если соединить такой насос с водяным колесом, цикл замкнется. Надо только для начала залить водой бассейн наверху. Вода, стекая из него, будет крутить колесо, а насос, приводимый от него, снова подаст воду вверх. Таким образом, получается гидравлический двигатель, работающий, так сказать, «на самообслуживании». Никакой реки ему не нужно; он сам создаст необходимый напор и одновременно приведет в движение мельницу или станок.

Для инженера того времени, когда понятия об энергии и законе ее сохранения еще не было, в такой идее не было ничего странного. Множество изобретателей работало, пытаясь воплотить ее в жизнь. Только некоторые великие умы понимали, что это невозможно; и одним из l первых среди них был универсальный гений — Леонардо да Винчи. В его тетрадях был найден эскиз гидравлического ppm (рис. 1.20). Горизонтальная линия внизу рисунка показывает уровень в резервуаре, из которого машина берет воду. Машина состоит из двух связанных между собой вращающихся устройств Aи B, между которыми установлена чаша, заполняемая водой. Устройство Апредставляет собой архимедов винт, подающий воду из нижнего резервуара в чашу. Устройство Ввращается, приводимое в движение водой, сливающейся из чаши, и крутит насос А— архимедов винт; отработавшая вода сливается снова в резервуар.

Леонардо вместо известного в то время водяного насоса употребил водяную турбину, сделав мимоходом одно из своих изобретений. Эта турбина В— обращенный насос — архимедов винт. Леонардо понял, что если лить на него воду, то он будет вращаться сам, превратившись из водяного насоса в турбину.

В отличие от современных ему и будущих изобретателей гидравлических ppm такого типа (водяной двигатель + водяной насос) Леонардо знал, что он работать не сможет. Воду, в которой нет разности уровней, он назвал очень образно и точно «мертвой водой» (aqua morta). Он понимал, что падающая вода может в идеальном случае поднять то же количество воды на прежний уровень и только; никакой дополнительной работы она произвести не может. Для реальных условий проведенные им же исследования трения дали основания считать, что и этого не будет, так как «от усилия машины надо отнять то, что теряется от трения в опорах». И Леонардо выносит окончательный приговор: «невозможно привести мельницы в движение посредством мертвой воды».

Эта идея о невозможности получения работы «из ничего» (например, «мертвой воды») была развита потом Р. Декартом и другими мыслителями; в конечном итоге она привела к установлению всеобщего закона сохранения энергии. Но все это произошло намного позже. Пока же изобретатели гидравлических ppm разрабатывали все новые их варианты, объясняя каждый раз свои неудачи теми или иными частными недоработками.

Классическим примером гидравлического ppm может служить машина, показанная на рис. 1.21. Более сложный вариант такого двигателя (рис. 1.22), используемого в практических целях, взят из книги Г. Беккера «Новый театр машин» изданной в Нюренберге (1661). Этот двигатель, предназначенный для вращения точильного камня, был предложен итальянцем Якобом де Страда в 1575 г. (по другим источникам — в 1629 г.). Из нижнего водоема Sвинтовой насос Ошестерней, приводимой в движение от зубчатого колеса R,перекачивает воду в верхний лоток. Отсюда она сливается на колесо С, приводящее через вал Dв движение точильный камень. Через сложную систему передач (червяк и зубчатые колеса Е,G, Lи К)колесо Сприводит в движение и насос О.Для равномерности движения на вертикальном валу установлен маховик К.

Автор настолько уверен, что в поток Авода подается с избытком и ее хватит на все нужды, что через трубку Рсливает часть ее на смачивание точильного камня, у которого работает мастер. Здесь сделано все, что может предусмотреть опытный конструктор. Но в машине, которую он назвал «искусство верчения и кручения с двойной передачей», не учтено только одно обстоятельство: насос никогда не сможет поднять наверх столько воды, сколько нужно для рабочего колеса. Опыт каждый раз именно это и показывал.

Одно из ухищрений, призванных обойти трудности, состояло в том, чтобы заставить воду подниматься (и сливаться) в меньшем перепаде высот. Для этого предусматривалась каскадная система из нескольких последовательно соединенных насосов и рабочих колес. Такая машина, описанная в книге уже известного нам Д. Уилкинса, показана на рис. 1.23. Подъем воды осуществляется винтовым насосом, состоящим из наклонной трубы АВ,в которой вращается ротор LM,показанный внизу отдельно. Он приводится в движение тремя рабочими колесами H, I, К,вода на которые подается из трех расположенных каскадом сосудов Е, F, G.В оценке этого двигателя Уилкинс, как и в описанных ранее случаях, оказался на высоте. Он не только отверг этот двигатель из общих соображений, но даже подсчитал, что для вращения спирали «нужно втрое больше воды для вращения, чем то количество, которое она подает наверх».

Отметим, что Уилкинс, как и многие его современники, начал заниматься механикой и гидравликой с попыток изобрести вечный двигатель. Еще один пример стимулирующего действия ppm-1 на науку того времени!

«В первый раз, когда я подумал об этом изобретении, я с трудом удержался от того, чтобы подобно Архимеду не закричать «эврика».

Казалось, что, наконец, найдено легкое средство реализовать вечный двигатель», — писал он в 1684 г., вспоминая свои попытки создать гидравлический ppm из водяного колеса и винта Архимеда для подъема воды. Однако под влиянием экспериментальных неудач он нашел в себе силы провести теоретический анализ и перейти от беспочвенных фантазий к научному анализу.

Уилкинс дал первую классификацию способов построения вечных двигателей:

1) с помощью химической экстракции (эти проекты до нас не дошли);