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

Перекладач: Dina Bezsmertna Утверджено: Khrystyna Romashko

Around 1159 A.D.,

Близько 1159 року нашої ери

a mathematician called Bhaskara the Learned

математик Бхаскара ІІ

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

намалював проект колеса, що складалося з резервуарів, наповнених ртуттю.

He reasoned that as the wheels spun,

Він вважав, що по мірі обертання колеса

the mercury would flow to the bottom of each reservoir,

ртуть буде переливатися на дно кожного резервуара,

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

і таким чином, один бік колеса завжди буде важчим за інший.

Дисбаланс дозволить колесу обертатися вічно.

The imbalance would keep the wheel turning forever.

Bhaskara's drawing was one of the earliest designs

Креслення Бхаскари були першими ескізами вічного двигуна,

for a perpetual motion machine,

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

приладу, що здатен працювати безперервно,

не потребуючи при цьому зовнішнього енергоджерела.

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

Уявіть вітряк, що виробляє вітер, необхідний для свого обертання,

або лампу розжарення, чиє сяйво перетворюється на струм, що живить її.

Or a lightbulb whose glow provided its own electricity.

These devices have captured many inventors' imaginations

Такі прилади захоплювали уяву багатьох винахідників,

бо вони можуть змінити наше сприйняття енергії.

because they could transform our relationship with energy.

For example, if you could build a perpetual motion machine

Наприклад, якби можливо було створити вічний двигун,

that included humans as part of its perfectly efficient system,

частиною ідеального механізму якого була б людина,

it could sustain life indefinitely.

то він би зміг підтримувати вічне життя.

There's just one problem.

Існує лише одна проблема.

They don't work.

Вони не працюють.

Ideas for perpetual motion machines

Всі проекти "перпетуум мобіле"

all violate one or more fundamental laws of thermodynamics,

порушують один чи більше основних законів термодинаміки,

the branch of physics that describes the relationship

галузі фізики, що вивчає зв'язок

between different forms of energy.

між різними формами енергії.

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

У першому законі термодинаміки говориться про те,

що енергію неможливо створити або знищити.

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

Неможливо отримати енергії більше, ніж було вкладено.

That rules out a useful perpetual motion machine right away

Такий закон миттєво виключає можливість існування вічного двигуна,

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

тому що машина здатна виробити

стільки енергії, скільки вона споживає, — і не більше.

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

Не залишиться додаткової енергії для зарядки телефона або заводу автомобіля.

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

А якщо енергія потрібна лише для роботи машини?

Inventors have proposed plenty of ideas.

Винахідники пропонували багато ідей.

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

Деякі з них були схожі на колесо Бхаскари

with rolling balls or weights on swinging arms.

з кульками або вантажами на стрілках, що коливаються.

None of them work.

Жодна з них не працює.

Частинки, що рухаються, також поступово обтяжують один бік колеса

The moving parts that make one side of the wheel heavier

also shift its center of mass downward below the axle.

і переміщують центр ваги нижче вісі.

При низькому центрі ваги

With a low center of mass,

the wheel just swings back and forth like a pendulum,

колесо коливається туди-сюди, як маятник,

then stops.

а потім зупиняється.

Як щодо іншого підходу?

What about a different approach?

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

У ХVII столітті Роберт Бойль запропонував ідею

for a self-watering pot.

самополивної чаші.

He theorized that capillary action,

Він вважав, що капілярний ефект —

the attraction between liquids and surfaces

тяжіння між рідинами та поверхнями,

that pulls water through thin tubes,

що змушує воду текти по тонких трубках —

might keep the water cycling around the bowl.

створить кругообіг води у посудині.

But if the capillary action is strong enough to overcome gravity

Та якщо капілярний ефект настільки сильний,

що може подолати гравітацію та підняти воду по трубі,

and draw the water up,

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

він також не дозволить їй виливатися у посудину.

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

Є ще версія з магнітами, як наприклад, цей набір рамп.

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

Кулька має притягуватися магнітом догори,

fall back down through the hole,

падати крізь отвір,

and repeat the cycle.

і повторювати цикл.

This one fails because like the self-watering pot,

Цей проект не працює, бо, як і з самополивною чашею,

the magnet would simply hold the ball at the top.

магніт просто буде тримати кульку притягнутою.

Even if it somehow did keep moving,

Навіть якби це якимось чином і спрацювало,

the magnet's strength would degrade over time

потужність магніта знизилась би з часом,

і він би перестав виконувати свою функцію.

and eventually stop working.

For each of these machines to keep moving,

Щоб ці механізми працювали,

they'd have to create some extra energy

їм необхідно виробляти додаткову енергію,

to nudge the system past its stopping point,

що б не дозволяла системі виснажуватися,

порушуючи таким чином перший закон термодинаміки.

breaking the first law of thermodynamics.

There are ones that seem to keep going,

Ось приклади пристроїв, що, на перший погляд, працюють,

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

але насправді, вони все ж споживають енергію

from some external source.

з зовнішнього джерела.

Навіть якби інженери створили машину,

Even if engineers could somehow design a machine

that didn't violate the first law of thermodynamics,

яка б не порушувала перший закон термодинаміки,

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

вона б не працювала через другий закон,

The second law of thermodynamics

який говорить про те, що енергія розсіюється

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

шляхом таких процесів, як наприклад, тертя.

Any real machine would have moving parts

Будь-яка машина має рухливі частини,

or interactions with air or liquid molecules

або взаємодіє з молекулами повітря або рідини,

that would generate tiny amounts of friction and heat,

що виділяє крихітний об'єм тертя та тепла,

навіть в умовах вакууму.

even in a vacuum.

That heat is energy escaping,

Тепло — це вивільнення енергії,

and it would keep leeching out,

і цей процес буде продовжуватися,

reducing the energy available to move the system itself

доки енергії для приведення в рух машини не залишиться

until the machine inevitably stopped.

і вона неминуче зупиниться.

До цих пір ці два закони термодинаміки

So far, these two laws of thermodynamics

have stymied every idea for perpetual motion

заводили у безвихідь кожну з ідей вічного двигуна

і руйнували мрії про абсолютну енергоефективність,

and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply.

уособленням якої він є.

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

Хоча, важко з упевненістю заявити про те,

що ми ніколи не відкриємо вічний двигун,

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

тому що існує так багато незвіданного нами у всесвіті.

Perhaps we'll find new exotic forms of matter

Можливо, ми віднайдемо нові незвичайні форми матерії,

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

що змусять нас переглянути закони термодинаміки.

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

А можливо, вічний рух існує на крихітних квантових частинках.

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

З упевненістю можна сказати лише те,

що ми ніколи не перестанемо досліджувати.

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

Поки що дійсно вічним залишається лише наш пошук.