Why don't perpetual motion machines ever work? - Netta Schramm

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

Around 1159 A.D.,

בסביבות 1159 לספירה,

a mathematician called Bhaskara the Learned

מתמטיקאי בשם בהסקרה המלומד

sketched a design for a wheel containing curved reservoirs of mercury.

שרטט עיצוב לגלגל שמכיל מאגרים מעוקלים של כספית.

He reasoned that as the wheels spun,

הוא חשב שכשהגלגל יסתובב,

the mercury would flow to the bottom of each reservoir,

הכספית תזרום לתחתית כל מאגר,

leaving one side of the wheel perpetually heavier than the other.

וכך, צד אחד של הגלגל יהיה תמיד כבד יותר מהשני.

The imbalance would keep the wheel turning forever.

חוסר האיזון הזה יסובב את הגלגל לעד.

Bhaskara's drawing was one of the earliest designs

השרטוט של בהסקרה היה אחד התכנונים הראשונים

for a perpetual motion machine,

למכונת תנועה מתמדת,

a device that can do work indefinitely without any external energy source.

מכשיר שיכול לעבוד לעד ללא מקור כוח חיצוני.

Imagine a windmill that produced the breeze it needed to keep rotating.

דמיינו תחנת רוח שמייצרת את הרוח שהיא צריכה כדי להסתובב.

Or a lightbulb whose glow provided its own electricity.

או נורה שהקרינה שלה מספקת את החשמל לעצמה.

These devices have captured many inventors' imaginations

המכשירים האלה לכדו את דמיונם של ממציאים רבים,

because they could transform our relationship with energy.

כי הם יכלו לשנות את יחסינו עם אנרגיה.

For example, if you could build a perpetual motion machine

לדוגמה, אם תוכלו לבנות מכונת תנועה מתמדת

that included humans as part of its perfectly efficient system,

שכוללת אנשים כחלק מהמערכת המושלמת שלה,

it could sustain life indefinitely.

היא תוכל לשמור על החיים לעד.

There's just one problem.

יש רק בעיה אחת.

They don't work.

הן לא עובדות.

Ideas for perpetual motion machines

רעיונות למכונות תנועה מתמדת

all violate one or more fundamental laws of thermodynamics,

מפרות חוק בסיסי אחד או יותר של התרמודינמיקה,

the branch of physics that describes the relationship

הענף בפיזיקה שמתאר את היחסים

between different forms of energy.

בין צורות שונות של אנרגיה.

The first law of thermodynamics says that energy can't be created or destroyed.

החוק הראשון של התרמודינמיקה אומר שאנרגיה לא יכולה להיווצר או להיכחד.

You can't get out more energy than you put in.

אי אפשר לקבל יותר אנרגיה ממה שמכניסים.

That rules out a useful perpetual motion machine right away

זה מיד מבטל מכונת תנועה מתמדת שימושית,

because a machine could only ever produce as much energy as it consumed.

כי מכונה תוכל לייצר אנרגיה רק בכמות שהיא צורכת.

There wouldn't be any left over to power a car or charge a phone.

לא ישאר כוח עודף כדי להפעיל מכונית או לטעון טלפון.

But what if you just wanted the machine to keep itself moving?

אבל אם רק תרצו שהמכונה תמשיך לנוע בעצמה?

Inventors have proposed plenty of ideas.

ממציאים הציעו רעיונות רבים.

Several of these have been variations on Bhaskara's over-balanced wheel

כמה מהם היו וריאציות של הגלגל הלא מאוזן של בהסקרה

with rolling balls or weights on swinging arms.

עם כדורים מתגלגלים או משקולות על זרועות מתנדנדות.

None of them work.

אף אחד מהם לא עובד.

The moving parts that make one side of the wheel heavier

החלקים הנעים שגורמים לצד אחד של הגלגל להיות כבד יותר

also shift its center of mass downward below the axle.

גם מסיטים את מרכז הכובד מטה אל מתחת לציר.

With a low center of mass,

עם מרכז כובד נמוך,

the wheel just swings back and forth like a pendulum,

הגלגל רק מתנדנד קדימה ואחורה כמו מטוטלת,

then stops.

ואז עוצר.

What about a different approach?

מה עם גישות אחרות?

In the 17th century, Robert Boyle came up with an idea

במאה ה-17, רוברט בויל העלה רעיון

for a self-watering pot.

לעציץ שמשקה את עצמו.

He theorized that capillary action,

הוא שיער שפעולה נימית,

the attraction between liquids and surfaces

המשיכה בין נוזלים ומשטחים

that pulls water through thin tubes,

שמושכת מים דרך צינורות דקיקים,

might keep the water cycling around the bowl.

אולי תגרום למים למחזוריות סביב העציץ.

But if the capillary action is strong enough to overcome gravity

אבל אם הפעולה הנימית חזקה דיה כדי להתגבר על כוח הכבידה

and draw the water up,

ולמשוך את המים למעלה,

it would also prevent it from falling back into the bowl.

היא גם תמנע מהם ליפול חזרה לעציץ.

Then there are versions with magnets, like this set of ramps.

ויש גם גרסאות עם מגנטים, כמו מערכת הרמפות הזה.

The ball is supposed to be pulled upwards by the magnet at the top,

הכדור הזה אמור להימשך למעלה על ידי המגנט למעלה,

fall back down through the hole,

ליפול חזרה למטה דרך החור,

and repeat the cycle.

ולחזור על המחזור.

This one fails because like the self-watering pot,

זה נכשל כי כמו העציץ שמשקה את עצמו,

the magnet would simply hold the ball at the top.

המגנט פשוט יחזיק את הכדור למעלה.

Even if it somehow did keep moving,

אפילו אם זה איך שהוא ימשיך לנוע,

the magnet's strength would degrade over time

כוח המגנט יפחת עם הזמן

and eventually stop working.

ולבסוף יפסיק לעבוד.

For each of these machines to keep moving,

כדי שהמכונות האלו ימשיכו לנוע

they'd have to create some extra energy

הן יצטרכו לייצר אנרגיה עודפת

to nudge the system past its stopping point,

כדי להניע את המערכת מעבר לנקודת העצירה שלה,

breaking the first law of thermodynamics.

וזה שובר את החוק הראשון של התרמודינמיקה.

There are ones that seem to keep going,

יש כאלו שנראות כאילו הן ממשיכות לנוע,

but in reality, they invariably turn out to be drawing energy

אבל במציאות, מסתבר בסוף שהן מושכות אנרגיה

from some external source.

ממקור כוח חיצוני.

Even if engineers could somehow design a machine

אפילו אם מהנדסים יוכלו איך שהוא לתכנן מכונה

that didn't violate the first law of thermodynamics,

שלא תפר את החוק הראשון של התרמודינמיקה,

it still wouldn't work in the real world because of the second law.

זה עדיין לא יעבוד בעולם האמיתי, בגלל החוק השני.

The second law of thermodynamics

החוק השני של התרמודינמיקה

tells us that energy tends to spread out through processes like friction.

אומר לנו שאנרגיה נוטה להתפזר דרך תהליכים כמו חיכוך.

Any real machine would have moving parts

לכל מכונה אמיתית יהיו חלקים נעים,

or interactions with air or liquid molecules

או פעולות על מולקולות אויר או נוזל,

that would generate tiny amounts of friction and heat,

שייצרו כמויות קטנות של חיכוך וחום,

even in a vacuum.

אפילו בוואקום.

That heat is energy escaping,

החום הזה הוא אנרגיה בורחת,

and it would keep leeching out,

והיא תמשיך לזלוג החוצה,

reducing the energy available to move the system itself

מה שיפחית את האנרגיה הזמינה להנעת המערכת,

until the machine inevitably stopped.

עד שלבסוף המכונה תעצור.

So far, these two laws of thermodynamics

עד עכשיו, שני החוקים האלו של התרמודינמיקה

have stymied every idea for perpetual motion

הכשילו כל רעיון של תנועה מתמדת,

and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply.

וכל חלום של ייצור אנרגיה ביעילות מושלמת, שנובע מהם.

Yet it's hard to conclusively say we'll never discover a perpetual motion machine

אך עדיין קשה לומר בהחלטיות שלעולם לא נגלה מכונת תנועה מתמדת,

because there's still so much we don't understand about the universe.

כי עדיין יש כל כך הרבה דברים שאיננו מבינים בנוגע ליקום.

Perhaps we'll find new exotic forms of matter

אולי נגלה צורות חדשות ואקזוטיות של חומר,

that'll force us to revisit the laws of thermodynamics.

שיכריחו אותנו לבחון שוב את חוקי התרמודינמיקה.

Or maybe there's perpetual motion on tiny quantum scales.

או אולי יש תנועה מתמדת בקנה מידה קוואנטי זעיר.

What we can be reasonably sure about is that we'll never stop looking.

אבל די בטוח שלעולם לא נפסיק לחפש.

For now, the one thing that seems truly perpetual is our search.

כרגע, זה הדבר היחיד שנראה באמת בתנועה מתמדת.