Что же мог создать один человек триста лет назад из дерева и металла? Весь мир знает, что Карл Орфиреус пытался создать вечный двигатель первого рода. Уже в раннем детстве он интересовался законами движения планет. Тогда мальчишкой он понимал, что это и есть вечное движение. В поисках схемы вечного двигателя Карл неожиданно натолкнулся на открытие И.Кеплера. Он отчетливо понял простую истину: грузы в вечном двигателе должны перемещаться по эллипсу. Поэтому Бесслер упорно искал конструкцию, в которой грузы копировали бы траекторию движения планет. Больше всего на роль прототипа подходил вечный двигатель с откидывающимися рычагами. Но в этой конструкции был существенный недостаток, рычаги грузов ударялись об упоры.
Автор быстро решил эту проблему, располагая рычаги по периферии ротора, а грузы он стал подтягивать струнами. Карл Бесслер в своем двигателе также использовал работу двух сил. В нижней точке колеса груз стремится к периферии за счет собственного веса, а также за счет центробежной силы. Эти две силы складываются, создавая максимальное натяжение струны. В верхней точке колеса цетробежная сила сохраняет свое действие к периферии, а вес груза направлен уже к оси вращения. От веса груза вычитается центробежная сила. Если центробежная сила меньше веса груза, то груз падает к оси. Значит, в верхней точке колеса груз автоматически двигается по кривой, приближающейся к эллипсу.
Гораздо сложнее, оказалось, организовать движение груза в нижной точке. Для этого необходимо было приподнимать груз на незначительную высоту h. Здесь и проявилась главная трудность в создании вечного двигателя первого рода. Неожиданно для себя автор обнаружил, что для поднятия груза необходимо затратить работу. В то время еще не был открыт закон сохранения энергии, да и о центробежной силе Бесслер мало что знал. Он отлично понял одно свойство: если в нижней точке приподнять груз, то система становится неустойчивой. Появляется вращающий момент у колеса. В настоящий момент это явление объясняется за счет совершенной работы, а тогда автор думал совершенно иначе.
Чтобы изменить радиус вращения груза, необходимо было каким-то образом подтягивать струну к оси вращения. Этот вопрос Бесслер решил блестящим образом. Он закрепил струну на втулке, внутри которой проворачивался эксцентрик. Достаточно провернуть эксцентрик на сто восемдесят градусов и радиус вращения изменится на максимальную величину. Например, колесо вращается по часовой стрелке, а эксцентрик может проворачиваться только в одну сторону. В нижней точке эксцентрик проворачивается, уменьшая радиус вращения груза. Значит, с левой стороны грузы будут вращаться ближе к оси вращения. При переходе груза через верхнюю точку, эксцентрик провернется и займет первоначальное положение. С правой стороны грузы, которые выполнены в виде деревянных шаров, будут вращаться по удаленной траектории.
Возникает удивительная вещь, грузы движутся внутри колеса по эллипсу почти как планеты вокруг светила. Но с левой стороны колеса (по закону Архимеда) вес грузов действует на меньший рычаг, чем с правой стороны. Именно эта неуравновешенная сила и создает вращение колеса. Если изменить направление вращения колеса на противоположное, то, естественно, с правой стороны станет рычаг меньше. Это свойство совершенно независит от направления проворота эксцентрика. Бесслер был очарован найденной схемой, это именно то, что ему было нужно. Одна только загвоздка, груз необходимо поднимать в минимальной точке на высоту h, преодолевая при этом силу всемирного тяготения. О силе всемирного тяготения автор хорошо знал из трудов И.Ньютона. В то время в обществе постоянно обсуждали эту тему. Ведь именно тогда начала развиваться механика, получившая научную основу.
Для поднятия груза Бесслер решил использовать пружину, применявшуюся в больших часовых механизмах. Он отлично понимал, что это уже не вечный двигатель, потому что пружина со временем раскрутится и колесо остановится, но гравитационный двигатель был для него гораздо интереснее, чем вечный двигатель. Обидно было только за то, что научное общество совершенно не интересовалось гравитационным двигателем. Именно поэтому он держал в секрете свое открытие, выдавая его за вечный двигатель. Любая мощная пружина того времени была рассчитана на ее закручивание мускульной силой человека. Для автора этого было явно недостаточно. В колесе он установил восемь грузов, и каждый груз имел собственную пружину. Таким образом, автор увеличил мощность колеса в восемь раз.
По сути дела в колесе находилось восемь независимых механизмов, которые приводили в движение только свой груз. В каждом механизме была своя пружина, свой эксцетрик, своя постель, свой упор и своя специальная муфта, проворачивающая эксцентрик. Все эти механизмы включались по очереди, создавая щелчок внутри колеса. Это отчетливо слышали и зафиксировали в документах члены комиссии. Если колесо вращалось по часовой стрелке, то щелчки хорошо прослушивались в нижней части колеса с правой стороны, а при противоположном вращении щелчки слышались с левой стороны. Это также зафиксировано комиссией.
Пружины располагались во внутреннем корпусе, который ограничивал их максимальную раскрутку. Автору не нужна была минимальная сила пружины, которая не способна приподнять груз, к тому же пружина в этом случае занимает слишком большой объем. В этом внутреннем корпусе Бесслер спрятал весь сложный механизм, регулирующий движение груза по траектории за счет подтягивания струн. Автор показал принцу Карлу внутренний механизм колеса, располженный между двумя корпусами, при этом Бесслер тщательно скрыл то обстоятельство, что самый сложный механизм скрывается во внутреннем корпусе.
Автор очень подробно рассказал о расположении деревянных грузов на деревянных рычагах, показал траекторию их движения. Принц Карл лично убедился в том, что при вращении колеса с одной стороны грузы двигаются дальше от оси вращения, а с другой стороны ближе к оси. При изменении вращения движение грузов также изменяется. Это было хорошо видно при вращении колеса. Принцип работы колеса был понятен принцу Карлу, он ведь считался отличным знатоком механики. Более того, изобретатели других вечных двигателей также стремились к смещению грузов при вращении колеса. При более детальном изучении принц бы понял, что все здесь не так просто, но автор не дал ему достаточного времени для изучения внутреннего устройства колеса.
Изучив колесо, принц Карл понял, что изготовлено оно в основном из дерева, за исключением только оси вращения, которая была изготовлена из стали. Принц также убедился в простоте механизма и в том, что он прекрасно работает. Как заявлял Бесслер: “Любой помощник столяра может изготовить этот механизм, ознакомившись с ним в течение пяти минут”. Принц Карл только удивился, что такой простой механизм не придумали раньше. Но, не смотря на это обстоятельство, принц Карл предоставил все условия для дальнейшей работы автора. Бесслер получил то, к чему стремился. Он продолжил работу над созданием гравитационного двигателя.
Деревянное колесо (диаметром четыре метра), было установлено на двух опорах, в которые входили тонкие стальные оси диаметром 3/4 дюйма (это примерно 1,9 сантиметра). Опоры были выполнены также из дерева. Ось выступала из деревянной стойки, а с двух сторон на ней висели массивные деревянные маятники. При вращении модели маятники плавно покачивались. Естественно, посетители интересовались назначением этих явно лишних деталей. Автор объяснял любознательным посетителям, что эти маятники стабилизируют вращение колеса. Многие верили такому объяснению, некоторые сомневались в правдивости сказанного, но несомненным был тот факт, что осъ проходит через стойку и выступает наружу.
На фиг.1 изображена схема гравитационного двигателя Бесслера. В таком положении расположены рычаги с грузами, когда колесо вращается по часовой стрелке. Левые грузы находятся ближе к оси вращения, чем правые. При противоположном вращении грузы располагаются зеркально.
1 – наружный обод колеса, выполненный из дерева и пропитанный парафином, 2 – внутренний корпус колеса также выполнен из дерева, 3 – первый деревянный шар, поднятый эксцентриком на величину h (пунктиром показано его положение в нижней точке), 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 – положение второго и поледующих шаров, 11 – деревянный рычаг шара, 12 – шарнир рычага, 13 – металлическая струна, удерживающая шар через пружину обода внутренней полумуфты, 14 – постель шара в прижатом положении, 15 – постель шара в поднятом положении эа счет действия пружины (каждый шар имеет собственную постель, но они на схеме не показаны, чтобы не перегружать схему дублирующими деталями), 16 – перемещение шара в нижней точке на величину h за счет проворота эксцентрика, 17 – зксцентрик, 18 – неподвижная стальная ось, жестко связанная с маятниками ( маятники на схеме не показаны), 19 – пружинная муфта, наружная полумуфта которой, жестко соединена с силовой шестерней, внутренняя полумуфта жестко соединена с эксцентриком и имеет пружину возврата ( полумуфты и пружина возврата полумуфты, а также обод полумуфты на схеме не показаны ), 20 – пружина натяжения струны, жестко закрепленная на ободе внутренней полумуфты, 21 – стальная шестерня, жестко связанная с силовой пружиной, 22 — деревянный толкатель постели, шарнирно связаный с постелью, 23 – стальная шестерня толкателя, 24 – контакт шестерни толкателя с шестерней силовой пружины, 25 — шарнир постели, 26 – внутренний ограничитель показан только для одного груза, остальные грузы также имеют ограничители.
Когда колесо не вращается, все грузы притянуты пружинами 20 к внутренним ограничителям 26. В этом положении сила притяжения пружиной минимальна и достаточно минимального вращения, чтобы все шары разошлись к периферии колеса под действием центробежной силы. В верхней части колеса шары будут опускаться к оси вращения под действием силы тяжести груза. Все восемь пружин заведены, но вращать силовые шестерни 21 они не могут. Эти силовые шестерни застопорены шестернями толкателей 23 в точке контакта 24 этих шестерен. Зубъя шестерен изготовлены так, что они заходят в прорезь между зубьями и вращение стопорится. Для того, чтобы эти шестерни вращались, необходимо увеличить межцентровое расстояние между ними.
Шар номер 10 под собственным весом и за счет центробежной силы плавно ложится в постель 14. За счет оказываемого давления пружина постели сжимается и постель перемещается к периферии. Через шарнир тянется толкатель 22 и шестерня 23, межцентровое расстояние увеличивается, что приводит к освобождению шестерни 21 силовой пружины. Мощная пружина от часового механизма начинает вращать шестерню, которая через повышающую промежуточную шестерню вращает пружинную муфту 19. Муфта проворачивает эксцентрик 17, для максимального подъема его нужно провернуть на половину оборота (180 градусов) по ходу вращения силовой пружины.
Автор ограничил этот поворот 90 градусами, хотя в этом случае эксцентрик поднимает груз на меньшую величину, но за счет этого экономится выбег пружины. При этом повышающая передача шестерен уменьшается ровно в два раза и увеличивается в два раза давление пружины на эксцетрик. Повышающие шестерни получаются компактнее, а проигрыш при подъеме эксцетриком груза незначительный. Эксцентрик не доходит до своего максимального подъема 45 градусов и столько же не доходит при минимальном выпускании груза. В этих секторах 45 градусов подъем происходит по касательной с очень малой величиной перемещения.
Как только силовая пружина начала вращать эксцентрик, он поднимает шар с постели, которая возвращается за счет пружины в свое первоначальное положение. После проворота шестерни силовой пружины на один внешний зуб, стопорящая шестерня толкателя 23 проворачивается также на один зуб и становится на свое прежнее место, поэтому снова стопорит шестерню силовой пружины. Наружные зубъя у шестерни силовой пружины более крупные, чем внутренние, поэтому при внутреннем зацеплении с промежуточной шестерней она провернулась на шесть зубъев. Промежуточная шестерня соответственно провернулась на больший угол, а шестерня эксцетрика провернулась на 90 градусов (эти повышающие шестерни на схеме не показаны).
За счет проворота эксцентрика шар поднялся в нижней точке колеса на высоту h, эта высота небольшая, но пружина совершила работу по понятию груза, преодолев при этом вес груза и действующую на него центробежную силу. За счет этой работы колесо раскручивается и за 2 — 3 оборота достигает скорости вращения 50 оборотов в минуту. Это было зафиксировано авторитетной комиссией. Грузы 4, 5 и 6 двигаются по минимальному радиусу вращения, потому что эксцентрики провернулись к ним тонкой стороной. Шары 8, 9 и 10 движутся по максимальной траектории, эксцентрики провернулись к ним толстой стороной.
В наивысшей верхней точке шар 7 под действием своего веса преодолевает центробежную силу и ложится на внутрений ограничитель 26. Этот ограничитель через толкатель нажимает на фиксатор внутреней полумуфты и выводит ее из зацепления с наружной полумуфтой (этот механизм на схеме не показан). Внутренняя полумуфта жестко связана с эксцентриком, который может проворачиваться на 90 градусов в любую сторону. Эта подвижность обеспечивается упорами, выполненными в перегородках колеса. Значит, если расфиксировать шестерню силовой пружины, то через повышающую передачу и муфту она сможет провернуть эксцентрик только на девяносто градусов. После этого эксцентрик остановится за счет того, что он упрется в ограничитель корпуса колеса.
При повороте эксцентрика на 90 градусов внутри муфты закручивается пружина муфты. Когда ограничитель 26 расфиксирует внутреннюю полумуфту, то он выводит рычаг из углубления верхней полумуфты. За счет пружины эксцентрик возращается в исходное положение, поворачиваясь на 90 градусов. При этом провороте рычаг фиксатора скользит по внутренней поверхности наружной полумуфты и через девяносто градусов он попадает в следующую прорезь. Всего на внутренней поверхности четыре прорези, равномерно расположенные по окружности. После каждого рабочего хода пружина раскручивается на один наружный зуб, а эксцентрик проворачивается на 90 градусов.
Пружина все время продвигается в сторону раскрутки, а эксцетрик за один оборот колеса поворачивается на 90 градусов за счет силовой пружины и возвращается обратно в исходное положение уже в противоположном направлении действия силовой пружины. Он просто колеблется то вперед, то назад. Не зря Бесслер был признан гениальным часовым мастером, поэтому он и создал столь уникальный механизм. За счет такого движения эксцентрика шар поднимался в колесе на высоту h в нижней точке и вращался по минимальному радиусу в одной половине колеса, а затем выпускался на максимальный радиус вращения.
Колесо обладало большим запасом мощности и очень быстро выходило на максимальные обороты, поэтому оно могло вращать шнек и качать воду в верхний резервуар, а также поднимать пудовую гирю на высоту полтора метра. Но, обладая таким запасом мощности, колесо быстро раскрутилось бы до недопустимых оборотов и развалилось бы от действия больших центробежных сил. Поэтому Бесслер предусмотрел отключение колеса при максимально допустимых оборотах. При скорости вращения колеса выше 50 оборотов в минуту центробежная сила превышает вес грузов, поэтому они уже не могут лечь на внутренний упор.
Если превышение не большое, то грузы ложатся на внутренние упоры за счет их подтягивания пружиной натяжения струны 20. Эта пружина заканчивалась наконечником со сферической поверхностью. На ободе струны был закреплен фиксатор с выступающим стальным шариком, который внутри был зажат пружиной. Если пружина отклонялась на максимальную величину в нижней точке, где сила максимальная, то наконечник пружины наезжал на сферу шарика. Шарик заскакивал в сферу наконечника и фиксировал пружину. Теперь, чтобы вернуть пружину в рабочее положение, нужно приложить достаточное усилие, чтобы вдавить шарик в корпус и освободить ее.
При работе колесо разогонялось до 54 оборотов в минуту, это предельно допустимая скорость вращения. Центробежные силы достигли максимальной величины и пружины фиксировались шариками в крайнем положении. Проходя верхнюю точку, шар уже не может лечь на внутрений упор, поэтому разъединение муфты не происходит. Внутренняя полумуфта не может вернуться на место, она уперлась в неподвижный упор вращающегося колеса. Все шары легли в свои постели и расфиксировали шестерни силовых пружин, но раскрутка пружин не происходит, потому что они застопорены внутренними полумуфтами.
В таком режиме колесо полностью отключается от работы, оно вращается как абсолютно твердое тело всего в двух подшипниках, установленных на оси вращения. Момент инерции у колеса большой, поэтому оно долго вращается по инерции. Промасленые боковины колеса и пропарафиненый обод создают минимальное сопротивление при трении о воздух. В таком режиме колесо вращается до тех пор, пока скорость вращения не снизится до 46 оборотов в минуту. При этих оборотах центробежная сила становится ниже веса шара и усилия пружины становится достаточно, чтобы преодолеть сопротивление фиксатора.
Колесо снова включается в работу, но буквально через три – четыре подтягивания шаров, его скорость становится максимальной. Колесо опять очень долго вращается по инерции, а его средняя скорость колеблется в пределах 50 метров в минуту. На глаз обнаружить эти колебания скорости просто невозможно. Такой режим работы очень экономично расходует энергию пружин. Поэтому колесо могло очень долго вращаться от одной накрутки пружин. Отсюда отчетливо видно, что Бесслеру совершенно не нужно было пристраивать к колесу ручной привод и заставлять своего брата и служанку крутить колесо во время его демонстрации.
Он не боялся приглашать любое количество посетителей, соглашался передвигать колесо в любой угол комнаты. Автор отлично знал, что его посетители ничего не найдут, потому что весь секрет колеса был спрятан внутри. Бесслер не боялся закрывать колесо на длительный срок, оно вращалось по инерции и расходовало энергию только на трение о воздух и на два подшипника. При демонстрации колеса посетители часто его останавливали, подключали различную внешнюю нагрузку. В этом режиме много энергии затрачивалось на разгон колеса и преодоление силы сопротивления. Естественно, пружины раскручивались очень быстро.
И все-таки автору пришлось сделать внешний привод колеса. Из соседней комнаты брат и служанка постоянно тянули тонкую веревку. Бесслер и клятву взял со своей служанки. Зачем это понадобилось столь виртуозному механику. Посетителей было много, они приходили каждый день и платили за демонстрацию модели хорошие деньги. Власти даже ввели налог на колесо Бесслера. Пружины необходимо было постоянно накручивать, а это очень тяжелый физический труд. Одному автору с этой работой невозможно было справиться. К тому же он никому не показывал, как заводятся пружины. Вот и появилась идея, чтобы пружины заводились из соседней комнаты.
Точно так, как изображено на гравюре, брат и служанка тянули за веревку. Через систему рычагов это усилие передавалось в демонстрационную комнату. После того, как пружины расходовали свою энергию, Бесслер вытаскивал веревку из потайного отверстия и подсоединял ее к одному из маятников колеса. Эти маятники маскировали отверстия, через которые заводились пружины. Автор немного продвигал маятник, вводя его в зацепление с первой пружиной. Брат тянул за веревку, совершенно не зная, что он делает. Рычаг, выполненый в виде маятника, поворачивался, закручивая пружину. Это была очень тяжелая работа, которая проводилась обычно по ночам. Днем ведь нужно демонстрировать колесо и брать за него деньги.
Одним маятником накручивалось по очереди четыре пружины с одной стороны, затем автор подсоединял веревку ко второму маятнику, расположенному на противоположной стороне колеса. Нужно было совершить много поворотов рычага, чтобы завести только одну пружину. Спасало только то, что для демонстрации колеса не требовалась полная накрутка пружин, ночью можно было пополнить израсходованую за день энергию. Естествено, от тяжелой физической нагрузки нервы у служанки не выдержали, поэтому она раскрыла великую тайну хозяина, хотя она толком и сама не знала, зачем тягать по ночам веревку. После скандала накручивать пружины стало некому, автор выполнял эту работу сам, поэтому веревку и рычаги он убрал.
Крутить за маятник было гораздо удобнее, чем таскать за веревку, но все равно это был тяжелый физический труд. После скандала посетителей стало гораздо меньше, а затем их поток вообще иссяк. Доходы Бесслера исчезли, ему не за что было строить более совершеные вечные двигатели. Никто ему уже не верил, общество считало его жуликом и обманщиком. Двадцать лет еще автор надеялся, что сможет построить уникальный гравитационный двигатель. Он хотел восстановить свое положение в обществе и свое имя гениального механика, брался за любую работу, но его двигатель больше не понадобился обществу. Может быть теперь, спустя триста лет, общество поймет, насколько далеко автор заглянул в будущее.
Автор: Н.Т.Бобоед
28.01.2011г.