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漫画:什么是 “第一类永动机” ?

从古至今,人类一直在想方设法借用外力来协助自身的生产和生活。比如,我们借助牛的力量来耕田,借助马的力量来远行,借助水和风的力量来灌溉和磨面。

虽然这些外力对我们起到了巨大的帮助,但终究存在着各种局限性,有没有什么方法,可以让我们获得无穷无尽的动能呢?

在13世纪,有一位法国人提出了一种叫做“魔轮”的发明。魔轮的中间是一个大齿轮,齿轮边缘安装着12根长度相同的活动短杆,每个短杆的末端装有一颗铁球。

发明者认为,在理想情况下,这个大齿轮可以在没有任何外力的情况下,永远旋转下去。

这就是人类对于永动机实现的最早想法。

学过初中物理的小伙伴都知道,杠杆的力矩,也就是驱使杠杆转动的力量,等于力的大小和力臂长度的乘积。在两边的力都相等的情况下,哪一边的力臂更长,杠杆就会向哪一边倾斜。

人们最初设计的永动机,也可以看成是一个杠杆。

在任一时刻,右侧铁球连接的短杆呈伸直的状态,离齿轮中心比较远;左侧铁球连接的短杆呈下垂状态,离齿轮中心较近。因此,如果把整个系统看成一个杠杆,那么杠杆右侧的力臂大于左侧的力臂。

同时,由于每一个铁球的重量都是相等的,所以发明者认为,在任一时刻,右侧的力矩必定大于左侧的力矩,齿轮会在铁球的带动下始终顺时针旋转。

1847年,英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳,成功验证了能量守恒定律。

从此人们认识到,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其它物体,而能量的总量保持不变。

正因为这个原因,第一类永动机是根本不可能实现的。

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原始发表时间:2021-02-22

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