Курсовая работа по физике на тему Вечный двигатель

Идея вечного двигателя (лат. perpetuum mobile, буквально — вечно движущееся), имеет глубокие корни в истории человечества. Его происхождение связано с первыми попытками людей понять природу энергии и движения. Ещё в средневековье, когда человечество приступило к освоению механики и технологии, возникли первые идеи о создании машины, которая могла бы работать вечно без внешних источников энергии.
Первые теоретические основы создания вечного двигателя.
Средневековье:
Средние века ознаменовались всплеском интереса к идеям вечного двигателя, особенно среди алхимиков и философов. Их поиски путей получения бесконечной энергии зачастую переплетались с мистицизмом и оккультизмом.
Первые упоминания о попытках создания вечного двигателя восходят именно к этой эпохе. К этому времени относится первая документально подтвержденная попытка - в Баварии построили магнитную конструкцию в виде колеса обозрения.

Рис. 1.1.1 Модель идеи первого вечного двигателя, предложенной в Баварии в XIII веке.
По идее древних инженеров, которые разработали эту модель, 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 работает не вечно, проста. Рычаги справа – длиннее, но слева грузиков-рычагов больше, чем справа. Их количество компенсирует действие длинных рычагов. Именно поэтому колесо не будет вращаться вечно.
Одной из знаковых фигур того периода стал Леонардо да Винчи, который не остался в стороне от такой важной темы. По началу были попытки создания уже имеющейся модели двигателя, такой, как вращающееся колесо, изобретенное в Баварии в 8 веке. После посещения ряда научных центров в Болонье, Парме, Пизе и Риме, в которых он разбирал проблему вечного двигателя, да Винчи перешел к этапу доработки существующей схемы и внесения в нее существенных изменений. Так, в схеме, изображенной на рисунке, нижняя часть колеса погружалась в воду, и выталкивающие силы, действующие на полые коробки, должны были бы создать дополнительные усилия, обеспечивающие вращение колеса.


Рис. 1.1.2 Доработанная модель вечного двигателя Леонардо да Винчи
После того, как и эта модель потерпела неудачу, да Винчи приступил к созданию принципиально новых схем.

Рис. 1.1.3 Вечный двигатель с использованием архимедова винта
На рисунке 1.1.3 представлена страница из блокнота Леонардо да Винчи, относящаяся к 1487 году, где он предлагает варианты модернизации вечного двигателя с использованием архимедова винта. Согласно этой концепции, вода должна была подниматься с помощью первого винта небольшого диаметра до определенной высоты, после чего она попадала бы в специальную емкость и возвращалась обратно через второй винт (либо приводила в движение колесо, как видно на нижнем левом эскизе схемы). Важная особенность этих усовершенствований заключалась в увеличенном диаметре винта, отвечающего за возврат воды, что теоретически могло бы обеспечить большее вращательное усилие по сравнению с первым колесом, однако вовсе не гарантировало увеличение производительности за полный цикл работы устройства. Примечание, оставленное автором рядом с чертежом — «вода поднимается посредством винта и возвращается к первому винту, продолжая этот процесс бесконечно», — показывает, что в тот период Леонардо искренне верил в возможность создания вечного двигателя.
Данные примеры показывают историю зарождения представлений о вечном двигателе и попытках его построения.
 
1.2 Развитие представлений о вечном двигателе
Эпоха возрождения:
В XVIII–XIX веках интерес к созданию вечного двигателя достиг своего пика. Это было связано с развитием науки, техники и промышленности, а также с ростом интереса к вопросам энергии и её преобразования. Многие изобретатели и учёные того времени пытались создать устройства, которые могли бы работать бесконечно без внешнего источника энергии. Однако все эти попытки оказались тщетными, но они сыграли важную роль в развитии физики и инженерного дела.
• Механические конструкции
В этот период было предложено множество механических устройств, которые, по замыслу их создателей, должны были работать вечно. Например, популярными были конструкции, основанные на использовании колеса с перекатывающимися шарами или грузами, которые, как предполагалось, могли бы поддерживать движение за счёт неравномерного распределения массы.
Одним из известных примеров является колесо Бхаскары (индийского математика XII века), идея которого была переосмыслена в XVIII веке. Это колесо содержало изогнутые спицы с грузами на концах, которые должны были создавать постоянный дисбаланс и поддерживать вращение. Однако на практике такие устройства быстро останавливались из-за трения и потерь энергии.
• Гидравлические и пневматические системы
В XVIII веке появились проекты вечных двигателей, использующих воду или воздух. Например, некоторые изобретатели предлагали использовать архимедов винт или водяное колесо для создания замкнутой системы, где вода циркулировала бы без потерь.
Одним из таких проектов был вечный двигатель Орфиреуса, который якобы демонстрировал бесконечное движение. Однако позже выяснилось, что устройство приводилось в действие скрытым механизмом или внешним источником энергии.
• Магнитные и электромагнитные устройства
С открытием электричества и магнетизма в XIX веке появились новые идеи вечных двигателей, основанных на взаимодействии магнитных полей. Например, изобретатели пытались создать устройства, где магниты должны были поддерживать движение без внешнего воздействия.
Одним из известных проектов был магнитный вечный двигатель, предложенный Джоном Уилкинсом в XVII веке и переосмысленный в XIX веке. Однако такие устройства не работали, так как магнитные силы не могут создавать вечное движение из-за потерь энергии на преодоление сопротивления.
Наиболее популярные модели вечных двигателей:
Колесо Бхаскары: хотя идея такого колеса была предложена еще в XII веке, в XVII веке она вновь привлекла внимание. Колесо с наклонными отсеками, заполненными ртутью или грузами, должно было вращаться вечно за счет смещения центра тяжести. Однако на практике это оказалось невозможным.
Роберт Фладд (1574–1637): английский ученый и изобретатель предложил водяное колесо, которое должно было работать вечно, используя замкнутый цикл воды. Однако такая система оказалась нерабочей из-за закона сохранения энергии.