17. Автор изобрел вечный двигатель

А Век перпетуум мобиле давно прошел. Тем не менее мы осмеливаемся предложить вашему вниманию еще один его вариант. Как и полагается для добротно сделанного вечного двигателя, он работает без всяких источников энергии. Более того, чем больше он работает, тем энергичнее становится (в этом пункте мы, кажется, даже оставили позади всех прежних изобретателей!). Мы знаем, что изобретатель вечного двигателя в наше время считается невеждой^*). Но вот вам описание двигателя, и пусть нас рассудит Ньютон.

^*) (Для энтузиастов идеи вечного двигателя настоятельно рекомендую последние главы интересной книги: Ощепков П. Я. Жизнь и мечта.- М.: Московский Рабочий, 1967).

На экваторе (рис. 12) установлена башня высотой в 40 000 км (в космический век перпетуум мобиле строятся с размахом!). На верх башни водружен массивный шар (сотни тонн), к которому приварена жесткая штанга, проходящая внутри башни и одним концом достигающая земной поверхности. Как легко подсчитать, на штангу (вследствие вращения башни вместе с Землей) действует центробежная сила шара, большая силы земного тяготения (с увеличением высоты сила тяготения убывает, а центробежная сила с увеличением радиуса вращения возрастает; равенство достигается на высоте 35 800 км, где шар был бы в состоянии невесомости и в поддержке башни не нуждался бы, т. е. превратился бы в спутник Земли с 24-часовым периодом обращения). Поэтому шар стремится подняться еще выше. Но выше сила тяготения еще меньше, а центробежная сила - еще больше. Если шар не удерживать, то он сорвется и улетит, как срываются с "чертова колеса" те любители острых ощущений, которые слишком далеко отодвинулись от центра вращения. Не будем удерживать шар. Пусть он удаляется от Земли и тянет за собой штангу. Будем наращивать штангу - прикреплять к ней снизу все новые и новые отрезки по мере того, как шар поднимается все выше. Шар будет поднимать все новые и новые грузы, т. е. выполнять работу.

Рис. 12

Для тех, кому беспрерывное поднятие в космос все новых и новых километров штанги покажется бесполезной работой, предлагаем более полезный вариант. Нарежьте на штанге зубцы (зубчатая рейка) и заставьте ее путем зацепления вращать какую-либо грандиозную шестерню. На вал шестерни посадите электрический генератор и используйте вырабатываемую им электрическую энергию.

Ну, что вы на это скажете?

Кто мешает тебе выдумать
порох непромокаемый?

Козьма Прутков "Мысли и афоризмы", № 133.

Б Единственная существенная подсказка, которую здесь можно было бы сделать, это то, что перпетуум мобиле действительно невозможен. Но вы это уже знаете. Однако у вас могут появиться и другие соображения, способные помешать вам по достоинству оценить эту сногсшибательную идею. Вы можете, например, сказать, что башню и штангу высотой в 40 000 км не построить, что они рухнут под действием собственной силы тяжести. Эти соображения верны, но не имеют значения. Они означают только то, что сооружение башни надо отложить до тех времен, когда будут изобретены достаточно прочные материалы. Смотрите, "Положение об изобретениях" (пункт 35) целиком на нашей стороне: "...полезность изобретения определяется не только с точки зрения целесообразности немедленного использования..., но и возможности использования его в будущем, после создания необходимых для этого условий".

Мы согласны и с теми, кто возразит, что штанга длиной в 40 000 км, стремящаяся к Земле, может перетянуть шар, стремящийся вверх. Но ничто не мешает нам сделать башню высотой не 40 000, а 200 000 км. Наконец, ничто не мешает нам применять эту идею не на Земле, а на других небесных телах. Например, на астероидах потребная высота башни измеряется всего лишь километрами и вполне осуществима при современном уровне строительной техники, если учесть, что сила тяжести на астероиде во много раз меньше земной.

Земной шар, обращающийся в беспредельном 
пространстве, служит пьедесталом для 
всего, на нем обретающегося.

Козьма Прутков "Мысли и афоризмы", № 105.

В Этот вечный двигатель будет работать! Только... не вечно. Центробежная сила, поднимая штангу, совершает работу за счет кинетической энергии вращения шара вместе с башней. А шар получил эту энергию из запасов энергии вращения Земли. Эти запасы огромны, но и они когда-нибудь будут исчерпаны. Если бы действительно удалось когда-нибудь построить этот двигатель, то его эксплуатация привела бы к постепенному замедлению суточного вращения Земли. Сравните поведение Земли с поведением конькобежца-фигуриста, быстро вращающегося вокруг вертикальной оси. Если конькобежец раскинет в стороны руки, то угловая скорость его вращения немедленно уменьшится. Его общий момент количества движения^*) при этом не изменяется (если пренебречь потерями на трение коньков о лед и на сопротивление воздуха), но большая его часть сосредоточивается в наиболее удаленных от оси вращения , точках рук. Увеличение момента количества движения рук приводит к уменьшению момента количества движения корпуса, отчего число оборотов конькобежца в секунду уменьшается. Стоит, однако, фигуристу вновь прижать руки к корпусу, как его угловая скорость вращения снова возрастает. Очевидно, если мы после некоторого периода' эксплуатации рассмотренного выше генератора притянем штангу и шар к Земле, то скорость вращения Земли снова возрастет. А как быть с электрической энергией, которую мы извлекли из генератора? Ее придется вернуть Земле: она понадобится для того, чтобы совершить работу по преодолению центробежной силы при возвращении шара из космоса на вершину башни. Причем вернуть с процентами, так как все расходы на трение будут взысканы с экспериментатора.

^*) (Момент количества движения вращающейся материальной точки - произведение ее массы на угловую скорость и квадрат радиуса вращения (L = mωr²); момент количества движения тела равен сумме моментов количества движения всех его точек: L = ω(m₁r₁² + m₂r₂² + m₃r₃² + ...). Для вращающегося фигуриста L постоянно; при увеличении одного слагаемого (момента для рук - за счет увеличения радиуса вращения) уменьшается другое (момент для корпуса - за счет уменьшения угловой скорости).)