мускулов, легкий прыжок уносил бы его высоко над Землей, откуда он в безветренную погоду плавно опускался бы обратно*) .

«Вечные часы»

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 (рис. 71).

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.

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

Рис. 71. Устройство дарового двигателя ХУШ века.

*) Подробно о шарах-прыгунах рассказано в гл. 4 моей «Занимательной механики».

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).

В следующей главе мы познакомимся с другими типами дарового двигателя

и покажем на примере, почему промышленное использование подобных механизмов оказывается, как правило, совершенно невыгодным.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Когда Октябрьская железная дорога длиннее – летом или зимой?

На вопрос: «Какой длины Октябрьская железная дорога?» – кто-то ответил:

– Шестьсот сорок километров в среднем; летом метров на триста длиннее, чем зимой.

Неожиданный ответ этот не так нелеп, как может показаться. Если длиной железной дороги называть длину сплошного рельсового пути, то он и в самом деле должен быть летом длиннее, чем зимой. Не забудем, что от нагревания рельсы удлиняются – на каждый градус Цельсия более чем на одну 100 000-ю своей длины. В знойные летние дни температура рельса может доходить до 30-

40 °С и выше: иногда рельс нагревается солнцем так сильно, что обжигает руку.

В зимние морозы рельсы охлаждаются до – 25 °С и ниже. Если остановиться на разнице в 55 °С между летней и зимней температурой, то, умножив общую длину пути 640 км на 0,00 001 и на 55, получим около 1/3 км! Выходит, что и в самом деле рельсовый путь между Москвой и Ленинградом летом на треть километра, т. е. примерно метров на триста, длиннее, нежели зимой.

Изменяется здесь, конечно, не длина дороги, а только сумма длин всех рельсов. Это не одно и то же, потому что рельсы железнодорожного пути не примы-

кают друг к другу вплотную: между их стыками оставляются небольшие промежутки – запас для свободного удлинения рельсов при нагревании*) . Наше вычисление показывает, что сумма длин всех рельсов увеличивается за счет общей длины этих пустых промежутков; общее удлинение в летние знойные дни достигает 300 м по сравнению с общей длиной всех рельсов в сильный мороз. Итак,

железная часть Октябрьской дороги действительно летом на 300 м длиннее, нежели зимой1) .

*) Зазор этот, при длине рельсов 8 м, должен иметь при 0 °С размер 6 мм. Для полного закрытия такого зазора нужно повышение температуры рельса до 65 °С. При укладкетрамвайных рельсов нельзя, по техническим условиям, оставлять зазоров. Это обычно не вызывает искривления рельсов, так как вследствие погружения их в почву температурные колебания не так велики, да и сам способ скрепления рельсов препятствует боковому их искривлению. Однако в очень сильный зной трамвайные рельсы все же искривляются, как наглядно показывает рис. 72, исполненный с фотографии.

То же случается иногда и с рельсами железнодорожного пути. Дело в том, что на уклонах подвижной состав поезда при движении увлекает рельсы за собой (иной раз даже вместе со шпалами), в итоге на таких участках пути зазоры нередко исчезают и рельсы прилегают друг к другу концами вплотную.

Безнаказанное хищение

HHНа линии Ленинград – Москва каждую зиму пропадает совершенно бесследно несколько сотен метров дорогой телефонной и телеграфной проволоки, и никто этим не обеспокоен, хотя виновник исчезновения хорошо известен. Конечно, и вы знаете его: похититель этот – мороз. То, что мы говорили о рельсах,

Рис. 72. Изгибание трамвайных рельсов вследствие сильного нагревания.

вполне применимо и к проводам, с той лишь разницей, что медная телефонная проволока удлиняется при нагревании в 1,5 раза больше, чем сталь. Но здесь уже нет никаких пустых промежутков, и потому мы без всяких оговорок можем ут-

верждать, что телефонная линия Ленинград – Москва зимой метров на 500 коро-

че, нежели летом . Мороз безнаказанно каждую зиму похищает чуть не полкилометра проволоки, не внося, впрочем, никакого расстройства в работу телефона или телеграфа и аккуратно возвращая похищенное при наступлении теплого времени.

Но когда такое сжатие от холода происходит не с проводами, а с мостами, последствия бывают подчас весьма ощутимы. Вот что сообщали в декабре 1927 г. газеты о подобном случае:

«Необычайные для Франции морозы, стоящие в течение нескольких дней, послужили причиной серьезного повреждения моста через Сену, в самом центре Парижа. Железный остов моста от мороза сжался, отчего вздулись и затем рассыпались кубики на покрывающей его мостовой. Проезд по мосту временно закрыт».

Высота Эйфелевой башни

Если теперь вас спросят, какова высота Эйфелевой башни, то, прежде чем ответить: «300 метров», вы, вероятно, осведомитесь:

– В какую погоду – холодную или теплую?

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.

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).

"Вечные" часы

Однажды в далекие теперь годы существования Советского Союза я купил радиоконструктор для сборки электронных часов. Схема у них была такая:

Как истинный радиолюбитель, я решил, что собирать просто по готовой схеме неинтересно. Родился грандиозный замысел сделать "вечные" часы, то есть часы, которые будут точно идти всегда, несмотря ни на какие превратности судьбы в виде потери питания и отклонения частоты кварца от идеальной, причем все это без участия человека!

Для этого была собрана схема автоматической ежесуточной (в полночь) коррекции по сигналам точного времени, а также схема контроля напряжения аккумулятора 7Д-0,1 и автоматического подзаряда его в течение положенных 15 часов.

Кроме этого, был предусмотрен будильник, который мог или просто сигналить в течение одной минуты, или включать после этого встроенный приемник, или вместо этого включать какую-нибудь внешнюю нагрузку.

Схема собиралась в условиях дефицита радиодеталей, поэтому не детали доставались для схемы, а схема разрабатывалась под имеющиеся детали. Между прочим, этот подход много дал мне в плане понимания работы электронных схем и умения найти выход из любой ситуации.

Вот первый лист схемы (изменения карандашом сделаны значительно позже):

Куча переключателей здесь служит для установки времени срабатывания будильника; диоды V21-V28 входят в дешифратор автоматического корректора.

Второй лист схемы:

Здесь на микросхеме А1 собран приемник, настроенный на радиостанцию "Маяк" в диапазоне средних волн. На транзисторе V86 и элементе D3.2 собран триггер Шмитта, преобразующий сигналы точного времени (СТВ) в прямоугольные импульсы.

6-разрядный счетчик на триггерах D5-D7 выполняет две функции. Каждые сутки в 23 часа 59 минут на него подается питание и он начинает считать секунды. В 23 часа 59 минут 52 секунды он сбрасывается, а его вход (D5:11) подключается к схеме приема СТВ. По шестому СТВ происходит полный сброс часов и возврат в исходное состояние.

На транзисторах V71 и V74 собран триггер Шмитта, срабатывающий при низком напряжении аккумулятора и подающий питание на счетчик D2, отсчитывающий 15 часов заряда аккумулятора. Первоначально из-за применения 155-ой серии с большим потреблением тока был риск полного разряда аккумулятора в ожидании появления сетевого напряжения. Для исключения такой ситуации счетчик был переделан с применением 176-ой серии:

Еще позже я совсем отказался от схемы зарядки по счетчику и сделал постоянный подзаряд аккумулятора через резистор параллельно диоду V68 (см. лист 1). При этом напряжение питания схемы было поднято до 10 В.

В таком виде часы прекрасно работали лет 15 и были, естественно, самыми точными в доме.

После развала Советского Союза по не известным мне причинам постепенно стал слабеть сигнал радиостанции "Маяк" на средних волнах. Простейший приемник прямого усиления, примененный в этих часах, перестал давать удовлетворительный уровень сигнала и коррекция тоже перестала работать. Увеличение усиления промежуточного каскада на V83 выручило ненадолго. Пришлось собирать приемник, работающий на УКВ:

Дело осложнялось тем, что в диапазоне УКВ радиопередачи не прерывались для передачи СТВ, они просто накладывались друг на друга. Поэтому схема приемника получилась заметно сложнее.

Во-первых, пришлось ввести фильтр на частоту 4,1 кГц на 140УД1А.

Во-вторых, новый СТВ был одиночным длительностью около 0,25 с. Счетчик до 6 стал ненужным, а для повышения помехоустойчивости была введена схема из двух ждущих мультивибраторов на 176ЛЕ10 и 176ЛП2, которая разрешала сброс часов только в интервале 0,2-0,3 с от начала импульса СТВ.

Несмотря на все эти ухищрения, добиться нормальной работы корректора не удалось, и сейчас он не используется, но часы работают до сих пор без поломок и ремонта с 1983 года! Даже ни один электролит не был заменен - видимо, в советское время они были качественнее. Вот их теперешний вид:

"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.

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 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).