漫畫:什麼是 「第一類永動機」 ?

2021-02-23 程式設計師小灰


從古至今，人類一直在想方設法借用外力來協助自身的生產和生活。比如，我們藉助牛的力量來耕田，藉助馬的力量來遠行，藉助水和風的力量來灌溉和磨麵。

雖然這些外力對我們起到了巨大的幫助，但終究存在著各種局限性，有沒有什麼方法，可以讓我們獲得無窮無盡的動能呢？

在13世紀，有一位法國人提出了一種叫做「魔輪」的發明。魔輪的中間是一個大齒輪，齒輪邊緣安裝著12根長度相同的活動短杆，每個短杆的末端裝有一顆鐵球。

發明者認為，在理想情況下，這個大齒輪可以在沒有任何外力的情況下，永遠旋轉下去。

這就是人類對於永動機實現的最早想法。

學過初中物理的小夥伴都知道，槓桿的力矩，也就是驅使槓桿轉動的力量，等於力的大小和力臂長度的乘積。在兩邊的力都相等的情況下，哪一邊的力臂更長，槓桿就會向哪一邊傾斜。

人們最初設計的永動機，也可以看成是一個槓桿。

在任一時刻，右側鐵球連接的短杆呈伸直的狀態，離齒輪中心比較遠；左側鐵球連接的短杆呈下垂狀態，離齒輪中心較近。因此，如果把整個系統看成一個槓桿，那麼槓桿右側的力臂大於左側的力臂。

同時，由於每一個鐵球的重量都是相等的，所以發明者認為，在任一時刻，右側的力矩必定大於左側的力矩，齒輪會在鐵球的帶動下始終順時針旋轉。

1847年，英國物理學家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，成功驗證了能量守恆定律。

從此人們認識到，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其它物體，而能量的總量保持不變。

正因為這個原因，第一類永動機是根本不可能實現的。

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