长期以来,永动机,或者说永恒运动,一直被人们热烈讨论。但是,很多人并不清楚这背后到底有什么意义。在人们的想象中,永动机是一种机械装置,它可以不停地自动运动,而且还可以举起重物等,做一些有意义的事情。很早以前,有人就试图想制造这种机械装置,但是一直到现在,都没有人真正制造出来。
人们的尝试都以失败告终,以至于人们开始怀疑,这种机械是不可能制造出来的。而且,在此基础上,科学家们提出了一种定律,就是我们现在经常说的能量守恒定律。
当然,前面提到的永恒运动,不是一种机械装置,而是一种现象,不需要做功却能永远运动下去。
图 是古时候人们对永动机的一种典型设计。现在,仍然有人试图制作出这种机械装置。在一只圆形轮子的边缘装上一些活动的短杆,每个短杆的另一端上都拴着一个物体。不管轮子转到什么位置,右边短杆上的每个物体要比左边的物体离轮子中心远。所以,右边的物体就会向下运动,从而带动轮子转动。这样,就会使轮子永远转动下去。在制造的时候,人们以为肯定不会有任何问题,轮子肯定会转动起来。但是,真正制造出来后,却发现轮子并没有转动,很多发明家都不知道问题出在哪儿了。
图 中世纪对永动机的典型设计。
为什么会这样呢?下面我们就来分析一下:虽然,轮子右边的物体总是离轮子的中心比较远,但是右边的物体数量比左边少。如图所示,右边一共有4个物体,左边是8个物体,整整是左边的两倍。这样的结果,就是轮子只是在最初摇摆了几下,然后就会慢慢保持平衡,再也不转动了,停到图示的位置(有一个定律,叫力矩定律,可以很好地解释这个问题,有兴趣的同学可以去深入学习一下)。
现在,人们已经知道,根本不可能制造出这样一种机械装置能够永远运动下去。所以,我们说,如果还有人在试图制造它,都是一种徒劳。但是,以前可不是这样,中世纪的时候,人们曾经为了制造出这样一种机械,花费了很多时间和精力。人们对制造“永动机”的痴迷程度胜过了炼制黄金。
普希金在其作品《骑士时代的几个场面》中描写了一位幻想家,叫比尔多德,对永动机情有独钟。里面有这样一段对话:
“什么是永动机?”马丁问。
比尔多德说:“亲爱的马丁,永动机就是永恒的运动啊!我承认,炼制黄金确实是一个很好的工作,但是你不觉得永动机太有趣了吗?如果我能做到永恒运动,就可以无所不能了,炼制黄金又算什么呢!啊,永动机啊!”
关于永动机的装置,人们试验了很多种,但无一例外都没有成功。每一个装置都看似合理,但是总会忽略掉某一个细节,使得永动机总是不能制作成功。图是人们设计的另一种永动机装置。
图 装有钢球的永动机。
这种永动机由一只装着钢球的圆轮构成,里面的钢球可以自由滚动。其实,它的设计思路跟前面的差不多,只是这里把短杆上的物体换成了钢球,一边的钢球离轮子中心近一些,另一边的钢球离轮子中心远一些,钢球转动的时候会带动轮子旋转。
现在,我们知道了,永动机这种装置是不会成功的。但是,当时在美国,却有一家咖啡店为了招揽生意,按照这种设计制造了一个很大的轮子,如图所示。表面上看,轮子在一直转动,好像永动机真的实现了一样。其实,它是由一个秘密的电动机带动旋转的。
图 广告中的假想永动机。
关于永动机的模型,还有很多。曾经还有一个钟表店,也在橱窗里装了一个永动机,以引起人们的注意。当然了,跟图一样,它其实也是由电动机带动的。
所以,我们说,能量守恒定律是正确的,也是不容置疑的,在没有外力的作用下,永动机或者永恒运动是不可能实现的。