|
Проведение
мероприятия:
Что такое «вечный двигатель»?
(вступительное слово ведущих)
1в.
По крупицам накапливало человечество знания о природе.
Многие законы и выводы, которые теперь кажутся простыми,
были открыты не вдруг. К их формулировке человечество шло
веками.
2в. Эпохой в развитии человечества можно
считать историю попыток создания вечного двигателя.
1в. Современная жизнь человека невозможна
без использования самых разнообразных машин и механизмов. С
их помощью человек обрабатывает землю, добывает нефть,
совершает поездки по земле, полеты в воздухе.
Основным общим свойством всех этих машин является их
способность совершать работу за счет подвода энергии.
Например, в ДВС работа совершается за счет энергии,
выделяющейся при сгорании топлива. Но в этих двигателях не
вся подводимая энергия превращается в работу, а только ее
часть.
2в. В течение столетий многие изобретатели
упорно пытались создать такой двигатель, который не
использовал бы для своей работы энергию или использовал
меньше, чем совершал полезной работы. Он заранее получил
название perpetuum
mobile – вечный двигатель.
1в. Автором первого проекта «вечного
двигателя» считают французского архитектора Виллара д,Оннекура
(1245г.).
2в. Только в британское патентное бюро до
начала 20 века было представлено более 600 проектов. И это
несмотря на то, что еще в 16 веке Леонардо да Винчи писал:
«О, искатели постоянного движения! Сколько пустых проектов
создали вы в подобных поисках».
1в. В 1775 году Французская академия наук
заявила, что построить вечный двигатель абсолютно невозможно
и что никакие проекты вечных двигателей к рассмотрению
приниматься не будут.
2в. Тем не менее проекты «вечных двигателей»
продолжали поступать и поступают до сегодняшнего времени.
Многие из проектов довольно интересны.
Представление и обсуждение
проектов «вечных двигателей»
1в. Сейчас Вам будут представлены проекты
двигателей, которые, как считают авторы, должны работать
вечно. Внимательно выслушав наших «изобретателей»,
попытайтесь утвердить или опровергнуть проекты «вечных
двигателей».
2в. Напомним, что вечный двигатель – это
двигатель, который не использовал бы для своей работы
энергию или использовал энергии меньше, чем совершал
полезной работы.
1в. Классы по очереди представляют свои проекты
вечных двигателей, объясняют принцип их действия.
2в.
Присутствующие в зале должны доказать, что представленный
двигатель вечно работать не может. Попрошу всех
присутствующих в зале быть вежливыми, не перебивать своих
товарищей. Если вы хотите изложить свое мнение, поднимайте
руки!
1в.
Наиболее отличившихся в диспуте ждут призы – пятерки по
физике.
Проекты «вечных двигателей»:
9 кл. –
Магнитный вечный двигатель [1, стр.91; 4, стр.181]
10 кл. – Водяной «вечный двигатель» [2, стр.139 ]
11 кл. – «Птичка Хоттабыча»
[4,
стр.186 ]
1 в. Подведем итог обсуждения. Если магнит А
достаточно сильный, то шарик просто притянется им. Если
магнит недостаточно сильный, чтобы удержать шарик у
отверстия С, то шарик скатится по желобу
N,
но не накопит скорости, необходимой для поднятия по
закруглению Д. Ведь если магнит не сможет удержать шарик на
желобе N,
то не сможет заставить его подняться по наклонной плоскости
М.
2 в. Подведем итог обсуждения. Если одни
ящики всплывают, то другие, наоборот, входят в воду. А эти
входящие в воду ящики движутся против архимедовой силы. К
тому же входят они в воду внизу, где на них действует сила
давления всего столба воды, которая еще больше, чем
архимедова сила. Таким образом, этот двигатель работать не
может.
1 в.
Подведем итог обсуждения. Игрушка будет действовать
безотказно до тех пор, пока будет смачиваться ватный чехол
на ее головке и при условии, что влажность окружающего
воздуха не слишком велика: это обеспечит нормальное
испарение, а значит, и относительное понижение температуры
головки. Таким образом, источником движения волшебной птички
является тепло окружающего воздуха, непрерывно поступающее к
игрушке. А «вечный двигатель» должен работать без подвода
энергии извне. Перед нами пример дарового, но никак не
вечного двигателя.
Почему невозможен «вечный
двигатель»
1в. Рассмотрев
все проекты «вечных двигателей», мы пришли к выводу, что ни
один из двигателей вечно работать не может. Это и не
удивительно, т. к. его работа противоречит закону
сохранения и превращения энергии – фундаментальному закону
физики.
2в. Ни в одном
двигателе нельзя получить больше механической работы, чем
затрачено энергии. Наоборот, во всех двигателях часть
энергии неизбежно теряется на преодоление сил трения,
превращаясь во внутреннюю, что приводит к нагреванию
трущихся деталей.
1в. Все попытки создать «вечный двигатель»
обречены на неудачу. Однако и сейчас, спустя 150 лет после
открытия закона сохранения энергии, встречаются изобретатели
в кавычках, которые пытаются безуспешно создать «perpetuum
mobile», тем самым опровергая
фундаментальный закон физики.
2в. Задача техники не в том, чтобы
попытаться обойти закон сохранения энергии, а в том, чтобы
уменьшать потери в различных двигателях и машинах.
1в. А сейчас мы предлагаем Вам проект почти
вечного двигателя. Почти вечного в том смысле, что он
работает более 1000 лет.
Почти
вечный двигатель
(Сообщение
учащегося о радиевых часах по плакату/презентации)
Такой двигатель
действительно существует. Патент на это изобретение никем не
взят и секрета он не представляет. В 1903 году
профессор Стертт придумал прибор, получивший название
«РАДИЕВЫЕ ЧАСЫ». Эти часы с почти «вечным заводом» на
1600 лет.
Устройство
«радиевых часов» весьма несложно. Внутри стеклянной банки,
из которой выкачан воздух, подвешена на кварцевой нити 1 (не
подводящей электричества) небольшая стеклянная трубочка 2,
заключающая в себе несколько тысячных долей грамма радиевой
соли. К концу трубочки подвешены два золотых листочка 3.
Радий, как известно, испускает лучи трех родов: лучи альфа,
бета и гамма.
В
данном случае основную роль играют легко проходящие через
стекло бета-лучи, которые состоят из потока электронов.
Разбрасываемые радием во все стороны частицы уносят с собой
отрицательный заряд, а потому сама трубка с радием
постепенно заряжается положительно. Этот положительный заряд
переходит на золотые листочки и заставляет их раздвигаться.
Раздвинувшись, листочки прикасаются к стенкам банки, теряют
здесь свой заряд (в соответствующих местах стенок приклеены
полоски фольги, по которым уходит электричество) и вновь
смыкаются. Вскоре накопляется новый заряд, листочки вновь
расходятся, опять отдают заряд стенкам и смыкаются, чтобы
вновь наэлектризоваться.
Каждые 2 –3 минуты совершается одно колебание
золотых листочков, с регулярностью часового маятника, -
отсюда и название «радиевые часы». Так продлятся целые годы,
десятилетия, столетия, пока будет продолжаться испускание
радием его лучей.
Долго ли радий испускает свои лучи?
Установлено, что уже через 1600 лет способность радия
испускать лучи ослабнет вдвое. Поэтому «радиевые часы» будут
идти безостановочно не менее тысячи лет, постепенно уменьшая
лишь частоту своих колебаний, вследствие ослабления
электрического заряда.
К сожалению, этот двигатель нигде нельзя
применить из-за его ничтожно малой мощности.
Вопросы для обсуждения:
-
Что такое вечный
двигатель?
-
Кто является автором
первого проекта вечного двигателя?
-
Можно ли создать
вечный двигатель? Почему?
-
Кто впервые указал на
невозможность создания вечного двигателя?
-
О чем говорит закон
сохранения и превращения энергии?
-
Почему в любом
двигателе не вся энергия превращается в полезную работу?
-
В чем состоит задача
техники по созданию двигателей?
Литература:
1. Блудов М. И. Беседы по физике М., «Просвещение», 1964, том 1
2. Кикоин И. К., Кикоин А. К. Физика. Учебник для 9 класса. М.,
«Просвещение», 1999
3. Крутова И. В., Телегина И. В. Законы сохранения в механике.
Вечер-соревнование. / газета «Физика» №10 2001 г.
4. Перельман Я. И. Занимательная физика. М., «Наука», 1965,
книга 2
Приложение.
Магнитный вечный двигатель
На
подставке находится массивный магнит А. Железный шарик,
притягиваясь магнитом, поднимается по наклонной плоскости. В
верхней части наклонной плоскости сделано отверстие С. Шарик,
провалившись через отверстие, падает на желоб
N.
Скатившись по желобу и обладая запасом кинетической энергии,
он снова попадет на наклонную плоскость. Притягиваясь к
магниту, шарик вновь поднимется по наклонной плоскости,
упадет в отверстие, скатится по желобу и так далее до
бесконечности.
Водяной вечный двигатель
Машина состоит из двух колес (шкивов), помещенных в верхней
и нижней частях башни, наполненной водой. Через шкивы
переброшен бесконечный канат с прикрепленными к нему легкими
ящиками. Из рисунка видно, что в каждый момент времени часть
ящиков погружена в воду, в то время как остальные находятся
в воздухе. Правые ящики, всплывая под действием архимедовой
силы, заставят вращаться колеса. На смену всплывающим ящикам
в воду будут входить другие, поддерживая «вечное» движение.
Вращающиеся колеса могли бы приводить в движение, например,
электрические генераторы, давая таким образом «бесплатную»
энергию в неограниченном количестве, поскольку устройство
работает вечно.
Птичка Хоттабыча
Среди
детских игрушек есть одна, пришедшая к нам из Китая,
вызывающая удивление всех, кто видит ее в действии. Ее
называют «ненасытная птичка» или птичка Хоттабыча.
Поставленная перед чашкой с водой, птичка опускает клюв в
чашку и , «напившись», выпрямляется. Постояв некоторое время,
она начинает медленно наклоняться, достает клювом воду, «пьет»
и снова выпрямляется. Эта игрушка является типичным
представителем даровых двигателей. Механизм ее движения
очень остроумен.
«Тело»
птички состоит из стеклянной трубочки, заканчивающейся
сверху шариком, который оформлен как головка с клювом. Внизу
трубка заканчивается открытым концом в более широком
резервуаре, тоже герметически закрытом. Этот резервуар
заполнен жидкостью так, что ее уровень несколько выше
открытого конца трубки.
Для
того, чтобы птичка ожила, надо смочить ей голову водой.
Некоторое время после этого птичка будет сохранять
вертикальное положение, так как широкий нижний резервуар с
жидкостью тяжелее головки. Проследим теперь, что произойдет
дальше. Мы заметим, что жидкость начинает подниматься вверх
по трубке. Когда она достигнет края трубочки, верхняя часть
станет тяжелее нижней и птичка наклонится клювом вперед над
чашкой. Когда птичка достигла горизонтального положения,
открытый конец трубки оказался выше уровня жидкости в нижнем
резервуаре и жидкость из трубки стекает обратно в резервуар.
Вновь «хвост» становится тяжелее головы, и птичка переходит
в вертикальное положение. Теперь мы поняли механическую
сторону вопроса: движение жидкости меняет распределение
тяжести относительно оси, т. е. смещает центр тяжести. Но
что же заставляет жидкость двигаться вверх?
Жидкость внутри птички – эфир – легко испаряется при
комнатной температуре, а давление насыщенных паров эфира
резко меняется с изменением температуры.
Когда
птичка стала вертикально, можно отдельно рассмотреть две
области паров эфира: трубочку с головкой и хвостовой
баллончик.
Головка птички обладает замечательным свойством: смоченная
водой, она имеет температуру несколько ниже температуры
окружающей среды. Добиться этого нетрудно, если поверхность
головки сделать из пористого материала, хорошо впитывающего
и интенсивно испаряющего влагу. Интенсивное испарение
сопровождается понижением температуры головки птицы по
отношению к температуре трубочки и нижнего резервуара. Это в
свою очередь вызывает уменьшение давления насыщенного пара в
верхнем баллончике, и жидкость вытесняется вверх по трубочке
превосходящим давлением паров в нижней части игрушки. Центр
тяжести перемещается, и птичка, наконец, занимает
горизонтальное положение. В этом положении произойдут
независимо друг от друга два процесса. Во-первых, птичка
обмакнет свой «клюв» в воду и тем самым смочит еще раз
ватный чехол на своей головке. Во-вторых, произойдет
смещение насыщенного пара нижней и верхней частей, давление
уровняется (за счет тепла окружающего воздуха произойдет
небольшое повышение температуры паров), и жидкость из
трубочки под действием собственного веса вытечет в нижний
резервуар. Птичка расположится снова вертикально. |
