真实版瀑布永动机 制作过程全揭秘 | 科学人 | 果壳网 科技有意思
真实版瀑布永动机 制作过程全揭秘
永动机怎么制作 反重力瀑布 真的有人造出了永动机！
本文作者:天蓝提琴
天蓝提琴 Greeny 小蜂
少则一周 多则一月
★★★☆☆
★★★★★
一文推出之后，很多人质疑里面的视频是用视觉特效做到的，因为和原画实在是太像了！
负责任的告诉你：这绝对是真实世界的实体模型！大家的质疑实在是对我们的一种褒奖……来看一段最新拍摄的揭秘视频吧。
由于偷懒是人类的天性（顺便说一句，贴图是Greeny做的...哈哈），细看之下这个模型制作的比较粗糙。但是在最佳观测点上观察时，这种精细程度已经足够让人眼无法区别了，做得再精细也没有意义。
往下看，这个模型是如何一步步制造出来的吧。
○ ABS塑料板 1mm厚
○ PVC管，3种规格
○ PVC贴纸
● 电压可调的电源
● 角尺、T型尺（可用直尺、三角板代替）
● 热熔胶枪、热熔胶
《瀑布》，1961，埃舍尔
● 埃舍尔晚年所创作的《瀑布》由于其巧妙的构思广受赞誉。仔细看这幅画面。
● 为了之后的叙述简便，我们称这幅画面中部、底层是水车的三层结构为“左塔”，“左塔顶面”上放着一个由3个六面体合成的空间几何体。画面右边的双层结构为“右塔”，“右塔顶面”有一个3个八面体合成的空间几何体。水车下方积水的地方称为“水槽”，从水槽开始往画面上方数，各个水道分别命名为“第一水道”、“第二水道”...等。左塔顶层，水流流下的部分称为“瀑布平台”。
● 这个制作的目的是将原作中华丽丽的画面搬入三维世界，让人们能够看到一幅带有流水的、活起来的画面。两个问题是关键：一，如何实现原作中“不可能的”建筑结构：连续的水道自身出现了空间上的层叠关系；二，如何实现水流沿着水道和瀑布进行的循环流动。
● 为了实现这两个功能，有许多的设计思路。本文提供的只是其中一种而已，有闲的蛋疼阶级可以继续思考，看看有什么别的结构也能实现这样的效果。
● 作为一枚热爱工程学的小果壳，设计之前你需要接受以下三个前提：
1. 永动机不存在。
2. 永动机不存在。
3. 永动机不存在。
● 好吧这是一个冷笑话... 需要接受的前提是：
1. 水会向着重力的方向流动。
2. 眼见不一定为实。
● 基于这两个前提，我的设计思路是：
1.整个模型置于一个平台之上（我们用了玻璃餐桌）。
2.第一水道到第四水道是连续的、逐渐降低的水道。水流出第四水道的末端之后，会进入一个回收管道，流回隐藏在平台底部的蓄水池中。左塔三层是整个模型最高的部分，瀑布口位于水车的正上方。用一个小水泵将蓄水池中的水泵上左塔三层的瀑布口，再由瀑布口流下来冲击水车，实现水流的循环。
3.视觉效果方面，只要选择一个合适的观察点，能让左塔三层的瀑布口和第四水道的末端在视觉上连接在一起，就在视觉上让水流得以循环了。而让在一个平面上的水道看起来像左右两个塔的层叠效果，需要依靠“塔”中的各个“柱子”在长短和粗细上的调整。
● 回到刚才那幅注释过的原画，可以看到，用蓝色字标示的是水流循环，橘色字标示的是三维空间中不可能出现的建筑结构，绿色字则是为了更接近原画而做的，没有功能上的意义。
● 在制造一个三维模型之前，用软件建模来辅助设计是一个经济又高效的方法。大部分3D设计软件都可以做这个功能，不过我在此推荐使用最容易上手的Google SketchUp。这款软件有免费版本，是一个针对建筑设计行业的草图绘制软件。它和其他3D设计软件最大的区别就是：SketchUp是面向设计者的，允许设计者在设计过程中不断调整心中的蓝图，逐渐形成建筑的草稿。
● 在Sketchup的帮助页上就能看到入门教程的youtube视频，国内的视频网站上也能搜到。
● 在建立这个模型时，使用了“照片匹配”的功能。将埃舍尔的原画作为从某个视角拍摄这个建筑的照片，然后以它为背景，建立一个看起来和背景画面上的建筑完全相同的3D模型。
● SketchUp官方教程中关于照片匹配的说明
● 这张就是按照原画视角来建模的对比图。仔细看，左图中是有一个半透明的模型挡在原画前面的。右图中去掉了作为背景的原画。
● 这里提出一个“观察点”的概念。在SketchUp中建模时，要在Camera选项中选择Perspective，也就是透视视角。在这个透视视角下，我们看到的画面是模拟了一个摄像机对这个模型进行拍摄时的效果。一切视觉错觉都是建立在这个摄像机的位置和角度固定的前提下。我们称上图中摄像机的位置和角度为“观察点”，之后的讨论全部都是关于“如何欺骗观察点的观察者”的。
● 另一个角度观察这个模型，真相大白了。
● 这个3D模型比最终模型少了两个主要部分，一个是水流的底面，另一个是产生空间幻觉的立柱。
为了造福偷懒的同学，这里给出
。由于SketchUp是设计建筑用的，所以模型的单位是米。太大的模型在搬运和存放上都很麻烦，而太小的模型会很难加工。所以在实际制作的时候，适当的缩放比例才是王道。
从完全不会使用SketchUp到做出这个模型，一共只用了3天时间，也就十几个小时的样子。这也是SketchUp上手速度快的一个明证。
● 按照正常的顺序，制作这个瀑布的模型时应该先完全搭好模型，功能测试通过之后，再进行表面纹理的贴图。由于各种崎岖的原因，导致了果壳DIY在制作这个模型时，贴图和功能实现是并行前进的，所以在建造模型的照片中会发现已经有一部分模型表面做了贴图。
● 所有模型的尺寸都可以从缩放后的SketchUp模型文件中直接量出来（使用标注工具），所以以下制作步骤不再涉及尺寸的问题。
● 底盘是用ABS塑料板切割出来的，用美工刀或者刻刀即可。有条件的同学，使用电动工具（比如角磨机或者电磨）效率会高很多。
● 照片左下角是水槽部分，往右上方数，依次是第一、二、三、四水道的底面。可以看到，第三水道比第一水道宽，第四水道比第二水道宽，而在图片中感觉这四条水道应该是一样宽的。这是因为人眼在观察事物的时候会有一个透视的效果，就是所谓的“近大远小”。为了产生“第四水道在第二水道的正上方”以及“第三水道在第一水道的正上方”这两个错觉，处于远处的三、四两条水道的宽度必然会比处于近处的一、二两条水道的宽度更宽。这个方法叫做“强制透视”。之后会提到远近立柱的直径区别、两个空间几何体大小的区别等等都是要造成强制透视的效果。
● 水道围墙是由两块确定围墙形状的ABS板夹着5~6段确定围墙宽度的PVC管子做成的。
● 全部围墙搭完之后的效果
● 给围墙的顶面贴上PVC贴纸，防止漏水，并方便后续的贴图。
● 从SketchUp的设计图中可以看出，整个《瀑布》模型就只有左塔三层是真正处在高处的，目的是为了让水流从高处落下冲击水轮。
● 初步效果已经出来了。此处本来不应该贴图的。
● 这是立杆上，左塔三层的瀑布口。
● 用两根PVC管把这个瀑布口支起来，连接的地方用热熔胶粘住。在观察时，右边的那根PVC管一定要被左边的立杆挡住，才不会穿帮。
● 为了达到尽量接近原画的“瀑布”效果，我们在瀑布出水口装上了一张透明的塑料片，让水流沿着这个塑料片流下来。
● 将PVC管子切成合适的高度，用热熔胶依次粘在底盘上，作为水流底面的支柱。由于水往低处流，所以PVC管子的高度也是逐渐下降的，并且顶面都朝着同一个方向倾斜。
● 所有支柱粘贴完成后的效果
● 将ABS塑料板切成合适的形状，用热熔胶固定在两侧水道围墙之间。为了加工方便，水流底面不是一个整体，每个水道都用一块独立的ABS板作为水流底面。注意观察图片中部的接缝，这个接缝之后会被前面的立柱挡住，所以在观察点是看不出来的。这种欺骗观察点的思想会贯穿整个模型的制作过程...
● 由于ABS塑料板的表面光滑，水流在流经时不会平铺在板子表面，而是汇聚成一股涓涓细流...为了达到原画的效果，需要对水流底面进行打磨处理。注意画面左边砂纸打磨过的痕迹。
● 看过瀑布永动机视频的同学，不知道有多少人能猜得出来这个代号忧伤的蓝色液体是什么...答案是洁厕宝...嗯。这事儿不能说太细...你懂的。
● 我们需要做一个水槽，来作为这个水循环的一级缓存，保证水流的持续流动。为什么水槽的形状这么崎岖？ 因地制宜罢了。
● 用一个塑料盒子作为水循环的二级缓存。可以看到，盒中还有尚未溶解的洁厕宝...
● 白色圆柱体是一个小水泵，负责把水流从低处泵到瀑布出水口。所以永动机什么的都是浮云...这个模型是靠电力驱动的啦~~~
● 这个水泵工作在12V电压下时，号称能把水泵到2米高。为了让水流平稳地从瀑布出水口“流下”而不是“喷发”，我们需要控制水泵的流速。这里用的是一个可调电源，通过控制水泵的电压来控制流速，当然其他电机调速的方式也都是可以的。
● 从文章开头的视频中可以看到整个水流循环的过程：水溢出水槽-&流经四条水道-&收集进一个透明小碗中-&沿着水管流入水箱-&水箱中的泵把水泵上左塔三层的出水口-&水流从高处落下，流入水槽。
● 至此，水流循环的部分全部实现了，之后的步骤就是产生视觉错觉，以及为了接近原画而做的贴图了。
● 从这一步开始，之后的步骤都需要一个能够实时处于观察点的观察者来随时反馈视觉错觉的效果。这里采用了摄像机+电视输出。也可以通过人眼啦...只是需要观察者的描述能力更强一点。
● 为了强制透视产生错觉，按照“近小远大”的原则用不同规格的PVC管粘在各个立柱底座上。为了产生视觉错觉，需要切掉PVC管相应的部分。这张照片示意了怎样画应该切掉的部分。实际上我们是使用摄像机在电视屏幕上的输出来调整马克笔痕迹的位置的。
● 初步的效果
● 第一次做水车时，为了尽量贴近原画的形状，做出了这个...
● 在真正使用的时候，发现这样的形状对于水流冲击的位置精度要求很高，而且浸没在水面以下的部分会受到很大的阻力。
● 这是改良后的版本。两侧是用ABS塑料板切的，叶片是用四分之一片PVC管子做的。用热熔胶进行粘结。为了接近原画的颜色，整体涂上了银色的丙烯颜料。
● 这是装在模型上的效果
● 为了贴近原画，做了半间房子的模型。
● 为什么是“半间”房子？看这里... 记住，重点是欺骗摄像机...
● 关于这两个几何体的奇妙性质，参见死理性派的文章
● 左塔顶部的几何体。下载图纸打印出来，粘结即可。
● 右塔顶部的几何体。由于处在远端，所以体积比左塔顶端那个大。
● 这个几何体是由12个完全相同的八面体粘结而成的。
● 建筑封顶，下一步：装修。有请装修师傅……Greeny！
● 为了达到尽可能与原画一致的效果，“面子工程”当然很重要。可惜我不是那本领强的粉刷匠，只能用ps将原画Ctrl+V到模型上去。
● 思路很简单——从原画中选择相应的内容，调整大小和透视，打印，粘贴。
● 瀑布的主体部分，也就是要与水亲密接触的部分，用防水性能良好的PP背胶喷绘。而打酱油的部分，比如前景、背景什么的，就直接用120g的A4纸打印了。
● 由于美工师傅迫切的想看到成果，模型主体没做完就心急的把贴图贴上了，后面调整的时候对贴图造成了不小的破坏，比如粘底板时原画的砖缝看不见了啊，调试流水时颜料层进水掉色啊，背胶沾水不黏了啊……不得已竣工之后贴图又重做一份贴图。
● 下面我来演示ps过程，对ps无爱的同学可以直接移步下载区寻找“瀑布装修套件”。当然你也可以尽情施展你的设计天赋，无视这些ps指导和装修套件，所谓艺无定法嘛！
● 第一步当然是新建文件，单位设置成厘米，如果你只打算做能被人看到的那几面墙，90X60cm的大小就够了（因为pp纸材的常用规格是45cm、60cm或90cm。不过为了360°展示模型时不那么寒酸，我还是把原画里看见的和看不见的每一面都做了。所以你下载的会是90X120cm的完整版）。
● 从原画中截出一部分砖块图像（范围尽量大些），复制几次直到满屏，把连接不自然的地方和看起来太规律的地方稍作调整，然后在编辑菜单中把它设置为填充图案。
● 按照google sketchup的尺寸先建立参考线，然后画出每一堵墙的轮廓。墙外的部分用蒙版挡住，在内部填充墙的图案。由于原画中每一堵墙的砖层数量是确定的，所以填充图案的大小也很好调整。值得注意的是，柱子底座的砖块厚度，和墙体上砖块的厚度并不完全一样，这也有助于错觉的产生。
● 做完砖块，顺手在边边角角的空白处把底板做了，再多做几层砖以备不时之需。再剩下边缘地带也不能浪费——房子的侧面由于要与水亲密接触，所以给空白处做个简单的浅灰色纹理吧。
● 最后送去洗印店的喷绘图纸要调成灰度模式，以免由于喷绘设备偏色（这简直是一定的）而增加不必要的纠结。
（右键另存为）
这个白色轮廓隐约让我联想到了事故现场...
● 原画上看起来不大的背景，经过透视和反透视的抗争后变的比模型大了很多。我们的背景墙距离模型50cm左右，经过计算背景尺寸应该是145cm*100cm。
● 直接抠出来的背景会有一些地方是被瀑布挡住的。虽然理论上讲，调整好模型的摆放角度和距离，这些空白的地方并不会“出境”，但实际上做出的东西很难那么刚刚好。为了不穿帮，还是把空白补上吧。
● 你可以用ps的“仿制图章”和“补丁”工具一点点填补，也可以直接用画笔在空白处继续创作。如果你是手绘达人，用整开大白纸挥就一张背景图显然更有范。（我本来是想如此显摆一下的，但是考虑到时间有限，还是把精力奉献给了模型这个主角……）。
● 除了垂直的背景，桌面上的空白处同样需要粉饰。不过因为桌面的可见范围比较少，我就只是随便摆了几张背景图案（视频证明细看还是有破绽的）。
房顶设计图
● 把原画中的房顶截下来，调整成矩形就ok了。房顶的烟囱不需要单独做，只要你的房顶角度和原画看起来一致，那么调整过透视房顶贴上去烟囱自然是直的。
● 别忘了柱子后面还有一小部分房顶。打印一张房顶砖瓦的肌理，剪一个“小”三角（只是看上去小而已，实际大小可以通过监视器调整）补在柱子后面的“空地”上。
● 在我们理想化的设计中，立柱是360°的实体模型，而不是这么坑爹一张贴纸。但是由于两种方案在镜头中看起来是一样的，制作中就避繁趋简了（俗称偷懒）。同样，从原画上截图，调整透视，打印，贴图。
● 实际中的模型立柱距离摄像机有三个不同距离，所以打印的立柱图也应该有三种不同的尺寸，这样镜头中看起来才是一样的粗细。（尺寸参数？嘿嘿，你猜~）
● 看完立柱和房顶的制作过程，面对那华丽而繁复有如深海乐园的前景，你应该毫无压力了吧？
● 重点就是，欺骗观察点的观察者。经过这么长的制作攻略熏陶，自认为掌握了这个重点的读者，可以直接略过本段啦!
● 在摄像机面前隐藏水管什么的就不用说了吧？ 需要说明的只有一点：为了让水流从第四水道流入瀑布出水口的过程看起来是连续的，需要在拍摄前就控制水泵让液面处于略低于出水口的位置，然后在恰当的时机调高水泵电压，让水流出现在出水口。这个过程需要练习。
● 实际上，这个过程可以用一个自动装置来完成。没有做这个装置的原因是……避繁趋简、避繁趋简.……嗯。在第四水道出水口放置有两根相距很近的探针，并将探针的另一端接到继电器的控制脚。继电器的受控脚连到水泵上。记得要用继电器自锁接法，这样就能在有水流流经探针的时候，触发并锁住继电器保持接通状态，实现自动控制出水口的出水时机。
Greeny doggie
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数字媒体技术学士
啊 牛B啊……弱问 DIY成品演示过后会回收利用再去制作其他的东西吗？
机械工程硕士生，DIYer
好复杂啊~牛~透视部分太牛啦~！
果壳谋杀站编辑
我有姿势我自豪~
很酷阿 还以为直接PS视频的
很好很强大
古生物学博士生，科学松鼠会成员
果壳编辑部真可怕……
分子生物学准博士，天文爱好者
太NB了……我之前一直以为那个是CG ==
真的是好忧伤的洁厕灵啊。。。其实看到泵的时候我比洁厕灵还要忧伤！不过对作者的膜拜之心只是更多了而已~~！顺便问一下，天蓝提琴为什么叫提琴？是向拉提琴的机器人致敬么？粉丝 学四三层
飞行爱好者，航模控
很赞，不管男的女的，都是geek，还是协调很好的geek团队
求视频里的MM名字！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
引用 logicalccber 的回应：求视频里的MM名字！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
果壳微科幻编辑，科幻作者
这个版本全面超越了国外geek做的那版
埃舍尔+《无限回廊》游戏的结果哇
以前在室友的PSP上玩《无限回廊》完全上瘾了，都想为了这个游戏去买个PSP了。
创客，机器人爱好者
引用 logicalccber 的回应：求视频里的MM名字！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！doggie
引用 梦见好多姑娘 的回应：引用 logicalccber 的回应：求视频里的MM名字！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
GEEK们威武啊！
果壳视频编辑，实验党
hiahiahia~~~引用 logicalccber 的回应：求视频里的MM名字！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
创客，机器人爱好者
引用 红花 的回应：啊 牛B啊……弱问 DIY成品演示过后会回收利用再去制作其他的东西吗？放着等拍卖 O(∩_∩)O
太帅气了！！！！！！！！！！！！！！！
经济学爱好者
这次洁厕灵没有满地都是了。。。
死理性极客，科幻迷，图书馆信息管理员
引用 PVC_Robot 的回应：很酷阿 还以为直接PS视频的我特别希望果壳给广大网友科普一下什么是PS，以避免在这个专业的地方出现“PS视频”这种说法
做这个需要专业的建筑学知识吧。。不过看编辑竟是学电子的。。
那个MM好漂亮!!!求详细求交往!!!
果壳视频编辑，实验党
呵呵 ps早就进化成后期处理的代名词了啊。这种习惯的误用太多了。引用 Void 的回应：引用 PVC_Robot 的回应：很酷阿 还以为直接PS视频的我特别希望果壳给广大网友科普一下什么是PS，以避免在这个专业的地方出现“PS视频”这种说法
果壳视频编辑，实验党
不只是代名词，还是动词形容词思密达。。。。引用 Greeny 的回应：呵呵 ps早就进化成后期处理的代名词了啊。这种习惯的误用太多了。引用 Void 的回应：引用 PVC_Robot 的回应：很酷阿 还以为直接PS视频的我特别希望果壳给广大网友科普一下什么是PS......
喵嘞个咪。太帅了~！
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1简介编辑永动机是一类想象中的不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机，其中包括达芬奇、焦耳这样的学术大家，另外包括一些希望以永动机出名和获利的骗子。在热力学体系建立后，人们通过严谨的逻辑证明了永动机是违反热力学基本原理的设想，从此之后就少有永动机的研究者了。不过从一个侧面也可以认为，人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践，推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步。1775年法国科学院通过决议，宣布永不接受永动机，美国专利及商标局严禁将专利证书授予永动机类申请，而永动机这个名词如今更多地作为一种修辞被用来描述那些充满活力，不知疲倦的人。永动机是指违反热力学基本定律的永不停止运动的发动机。有人认为永动机这个名词不是很恰当，他们说：“如飞轮之类，一旦开始运动，若无摩擦阻力作用，是可以永久继续运动下去的，这在实际上虽然不易实现，但是在道理上说得通，可以看作一种实际的极限情况。”他们还认为：“所谓永动机并不是指这种情况，不是试图去保持永恒的运动，而是期望在没有外界能源供给，即不消耗任何燃料和动力的情况下，源源不断地得到有用的力。”事实上，这种顾虑是完全没有必要的，因为能量的转化是有方向性的，自然界里无论什么运动都会产生热，热向四周扩散，成为无用的能量。如不补给能量，任何运动着的机器都会停下来。如果这种永动机真的能够制成，那么就可以不使用任何自然能源无中生有地得到无限多的动力。在人们还没有掌握自然的基本规律时，这种想法曾经引诱许多有杰出创造才能的人，他们付出了大量的智慧和劳动，追求这种梦想的实现。但是，直到如今永动机还未能发明，没有任何一部永动机被实际地制造出来，也没有任何一个永动机的设计方案能受住科学的审查。2相关编辑历史上有不少人希望设计一种机器，这种不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。历史上，人们提出了很多种永动机的制作方案。虽然人们经过多种尝试，做了多种努力，但永动机无一例外的归于失败。人们把这种不消耗能量的机器叫第一类永动机。能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到：任何一种机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有的制造能量，因此第一类永动机是不可能造出来的。完全将不同种形式互相转化而无损失的热机，这种热机无冷凝器，只有单一的热源，它从这个单一的热源吸收的热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化，人们把这种想象中的热机称为第二类永动机。它虽然不违反能量守恒定律，但因为机械能和内能的转化具有方向性，它也不可能实现。想法起源永动机的想法起源于印度，公元1200年前后，这种思想从印度传到了伊斯兰教世界，并从这里传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。方案的设计者认为，右边的球比左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动。这个设计被不少人以不同的形式复制出来，但从未实现不停息的转动。仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩虽小，但是球的个数多。于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停下来。达·芬奇后来，文艺复兴时期意大利的达·芬奇（Leonardo da Vinci，）也造了一个类似达芬奇设计的永动机的装置，他设计时认为，右边的重球比左边的重球离轮心更远些，在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息，但实验结果却是否定的。达·芬奇敏锐地由此得出结论：永动机是不可能实现的。事实上，由杠杆平衡原理可知，上面两个设计中，右边每个重物施加于轮子的旋转作用虽然较大，但是重物的个数却较少。精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用（力矩）恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来。斯特尔16世纪70年代，意大利的一位机械师斯特尔又提出了一个永动机的设计方案。斯特尔在设计时认为，由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。他想，整个装置可以这样不停地运转下去，并有效地对外做功。实际上，流回水槽的水越来越少，很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池，水轮机也就停止了转动。浮力也是设计永动机的一个好帮手。是一个著名的浮力永动机设计方案。一连串的球，绕在上下两个轮子上，可以像链条那样转动。右边的一些球放在一个盛满水的容器里。设计者认为，右边如果没有那个盛水的容器，左右两边的球数相等，链条是会平衡的。但是，右边这些球浸在水里，受到了水的浮力，就会被水推着向上移动，也就带动整串球绕上下两个轮子转动。上面有一个球露出水面。下面就有一个球穿过容器底，补充进来。这样的永动机也没有制成，是不是因为要下面的球能够通过容器底，而又不能让水漏出来，制造起来技术上有困难呢？技术上的困难并不是主要问题，主要问题还是出在设计的原理上。当下面的球穿过容器底的时候，它和容器底一样，要承受上面水的压力，而且是因为在水的最下部，所以它受到的压力很大。这个向下的压力，就会抵消上面几个球所受的浮力，这个水动机也就无法永动了。其它方案此外，人们还提出过利用轮子的惯性，细管子的毛细作用，电磁力等获得有效动力的种种永动机设计方案，但都无一例外地失败了。其实，在所有的永动机设计中，我们总可以找出一个平衡位置来，在这个位置上，各个力恰好相互抵消掉，不再有任何推动力使它运动。所有永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，变成不动机。从哥特时代起，这类设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。有学识的和无学识的人都相信永动机是可能的。这一任务像海市蜃楼一样吸引着研究者们，但是，所有这些方案都无一例外的以失败告终。他们长年累月地在原地打转，创造不出任何成果。通过不断的实践和尝试，人们逐渐认识到：任何机器对外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，机器是无法做功的。这时的一些著名科学家斯台文、惠更斯等都开始认识到了用力学方法不可能制成永动机。梦想破灭19世纪中叶，一系列科学工作者为正确认识热功能转化和其它物质运动形式相互转化关系做出了巨大贡献，不久后伟大的能量守恒和转化定律被发现了。人们认识到：自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递的过程中能量的总和保持不变。能量守恒的转化定律为辩证唯物主义提供了更精确、更丰富的科学基础。有力地打击了那些认为物质运动可以随意创造和消灭的唯心主义观点，它使永动机幻梦被彻底的打破了。在制造第一类永动机的一切尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便。比如，这种热机可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全变为机械功。由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热机可永不停息地运转做功，也是一种永动机。然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其它影响。这样，第二类永动机的想法也破灭了。层出不穷的永动机设计方案，都在科学的严格审查和实践的无情检验下一一失败了。1775年，法国科学院宣布&本科学院以后不再审查有关永动机的一切设计&。这说明在当时科学界，已经从长期所积累的经验中，认识到制造永动机的企图是没有成功的希望的。永动机的想法在人类历史上持续了几百年，这个想法被驳倒，不仅有利于人们正确的认识科学，也有利于人们正确的认识世界。能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。在转化和转移过程中，能量的总和不变，这就是能量守恒定律了。所以第一类永动机是不能做出来的。而能量的转化和转移是有方向的，就像热量可以自发的由热的物体转移到冷的物体，但不能自发的由冷的物体转移到热的物体，而不引起其他的变化，所以第二类永动机也是不能做出来的。还有人认为，根据牛顿第一定律，物体在不受力的作用的前提下，可以依靠惯性无休止的做匀速直线运动，于是想要在外太空实验。但是当时的科技并不允许这么做，而且牛顿还提出了万有引力定律，即自然界中任何两个物体都互相吸引。所以这个物体在运动很久之后——或者只有几分钟——就会停下来，也不能永远运动。虽然经过许多人的辛劳，但事实证明他们无一例外地都归于失败。　永动机是一种幻想，永远不可能成功，因为它违反了自然界最普遍的一个规律，这就是能量转化与守恒定律。著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示，在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！” 然而，15世纪以后的好几百年里面，制造永动机的活动却从未停止过。例如：17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示。转轮直径达4．3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。软臂永动机19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示。它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。阿基米德螺旋永动机1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米德螺旋（如图）把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米德螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。　 磁力永动机约在1570年，意大利的一位教授泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。他的设计如图所示，A是一个磁石，铁球C受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道电场力大小与距离的平方是成反比变化的，只需多加思索，其荒谬处就一目了然了。类似的例子还有许多，这里就不详细描述了。我们只要列举一些名称，就足以说明这类徒劳无益的活动是如何广泛、诱人。例如：表面张力永动机、浮力永动机、永磁永动机、自动车、自动洗衣机，等等。　就在一些人热衷于制造永动机的同时，科学家们从力学基本理论的研究中逐步认识到了自然界的客观规律性。继达·芬奇之后，斯蒂文于1568年写了一本《静力学基础》，其中讨论斜面上力的分解问题时，明确地提出了永动机不可能实现的观点。他所用的插图画在该书扉页上，见图，图的上方写着：“神奇其实并不神奇。”将14个等重的小球均匀地用线穿起组成首尾相连的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”，所以两侧应平衡。1775年，法国科学家郑重的通过了一项决议，拒绝审理永动机。在《法国科学院的历史》一书中有如下记载：“这一年科学院通过决议，决定拒绝审理有关下列问题的解答：倍立方，三等分角，求与圆等面积的正方形，以及表现永恒运动的任何机器。”并且解释说：“永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间之内也会是无限小。如果摩擦和阻力减小，初始的运动往往得以继续，但它不能与其他物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中，惟一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是费用极度昂贵，不止毁了一个家庭，本来可以为公众提供大量服务的技师们，往往为此浪费了他们的工具、时间和聪明才智。” 然而，就是在法国科学院如此明确的警告之下，创造永动机的各种活动仍然未见收敛。19世纪中叶，能量守恒定律已经确立。1861年，英国有一位工程师德尔克斯收集了大量资料，写成一本名为《17、18世纪的永动机》的书，告诫人们，切勿妄想从永恒运动的赐予中获取名声和好运。可是，德尔克斯这部“警世恒言”却未能阻止永动机的继续泛滥。19世纪末美国宾州有人想用磁铁代替钟摆的锤，企图用磁力做功代替发条，认为有可能无需发条而能自动维持摆动，结果是徒劳一场毫无成果。进入20世纪，更加复杂的、似是而非的种种设计不断被提了出来。例如有人想“发明”自动车，有人“创造”自动洗衣机，有人想利用水中的“分子吸引力”制造“自动”泵，有人想单纯靠永久磁铁做成发电机，特别是在“能源危机”的刺激下，这类活动竟有增无减，层出不穷。另一类永动机也常被人提出而且还很迷惑人。如19世纪80年代，美国华盛顿地区的一位发明家甘姆埃设计了一种零度发动机（Zeromotor），用液态氨做工作物质，从周围环境中吸取热量，氨由液态变为气态，在0℃时产生4个大气压的压强，可以推动活塞做功，似乎这样就可以不需使用燃料。他还进一步解释说，氨气在驱动活塞后因膨胀而冷却，又会自动凝结于容器，于是就可循环地工作下去。1881年他的设计居然得到美国海军总工程师的支持，受到官方赞扬，甚至当时的美国总统也极有兴趣地观看了设计模型。他们也许认为，如果这种发动机真的成功，美国舰队就不需要加煤站，从汪洋大海中就可以取得无穷无尽的热能了。然而，只要科学地分析一下，就会发现甘姆埃的设计是属于单热源的热机，它违反了热力学第二定律，这就是不可能实现的第二类永动机。如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自然规律的“创造”都是注定要失败的。关于永动机的不可能，还应当提到荷兰物理学家司提芬。16 世纪之前，在静力学中，人们只会处理求平行力系的合力和它们的平衡问题，以及把一个力分解为平行力系的问题，还不会处理汇交力系的平衡问题。为了解决这类问题，人们把他归结于解决三个汇交力的平衡问题。通过巧妙的论证解决了这个问题。假如你把一根均匀的链条ABC放置在一个非对称的直立（无摩擦）的楔形体上，这时链条上受两个接触面上的反力和自身的重力。恰好是三个汇交力。链条会不会向这边或那边滑动？如果会，往哪一边？司提芬想象把楔形体停在空中，在底部由CDA 把链条连起来使之闭合。最后解决了这个问题。在底部悬挂的链条自己是平衡的，把悬挂的部分和上部的链条连起来，斯提芬说：“假如你认为楔形体上的链条不平衡，我就可以造出永动机。”事实上如果链条会滑动，那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去；这显然是荒谬的，回答必然是链条不动。并且他由此得到了汇交三力平衡的条件。他觉得这一证明很妙，就把它放在他的著作《数学备忘录（Hypomnemata Mathematica）》的扉页上，他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意。汇交力系的平衡问题解决，也标志着静力学的成熟。随着对永动机不可能的认识，一些国家对永动给出了限制。如早在1775 年法国科学院就决定不再刊载有关永动机的通讯。1917 年美国专利局决定不再受理永动机专利的申请。尽管如此，永动机的发明者仍然是前赴后继，顽强地奋斗着。据英国专利局的助理评审员F. Charlesworth 称：英国的第一个永动机专利是1635 年，在1617 年到1903 年之间英国专利局就收到约600 项永动机的专利申请。这还不包含利用重力原理之外的永动机专利申请。而美国在1917 年之后还是有不少一时看不出奥妙的永动机方案被专利局接受。读了这些发明永动机的故事，大家有什么感想？科学规律不容违反，大家万万不要做那种徒劳无功的事！所以科学技术的发展应该用在如何尽量减少不必要的能量损耗，而不是去研制永远不能实现的永动机。3启示编辑各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪，一些科学家从这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成，是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆霍兹（H. Helmholtz，）就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文中写道：“鉴于前人试验的失败，人们不再询问我如何能利用各种自然力之间已知和未知的关系来创造一种永恒的运动，而是问道如果永恒的运动是不可能的，在各种自然力之间应该存在着什么样的关系？”19世纪中期，能量转化和守恒原理得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统；在转化和传递中总能量始终不变。还有另外一种非常美妙的幻想，它并不违反能量转化和守恒原理。假如能把空气或海水里的热能，通过一种巧妙的机器，全部转化成我们所需要的机械功，这可以成为取之不尽、用之不竭的能源。发明这种机器的想法，比起前面要凭空产生能量的想法聪明得多了。如果这种机器真能发明的话，还有另一好处，一方面我们可以把一种东西里面的热能取出来做功，同时还会使这种东西的温度降低。这样，我们可以在海洋上设置一些巨大的工厂，利用海水里的热能，来进行各种不同的工作，比如利用它来发电，一只轮船可以利用海水中的热量，不必烧煤或烧油，就能到世界各地去航行，这岂非美事！这可称作第二种永动机，也是不可能实现的，因为它和热力学第二定律相违背。热力学第二定律是由无数次实践证明了的客观规律。它可以表述为：“从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响是不可能的。”这也就是说，热机不可能有100%的效率，它要在把从高温热源吸收的一部分热量变为有用功的同时，把另一部分热量放到低温热源。追寻永动机的失败经历，可以给我们两点启示：首先，失败的经历也有积极的科学研究价值，永动机的种种设计方案的失败，引起了人们的反思，启发了能量转化和守恒的思想，成为能量转化和守恒原理建立的思考线索之一；其次，要依据科学规律办事。历史上追求永动机的人们，并不是因为他们没有一种良好的愿望，也不是他们缺乏刻苦钻研的精神，只是由于他们做的是违背客观规律的工作。在人们还没有认识能量传递和转化的规律之前，对那些寻求永动机的努力遭到的失败，我们只能感到遗憾，但是，如果在今天还有人去设计永动机，那他就是愚蠢的，是违反科学规律的，也是永远不会成功的。人类利用自然，必须遵守自然规律,而不是去研制永远不能实现的永动机。4骗局编辑历史上曾经无数人痴迷于永动机的设计和制造，在热力学体系建立之前，这些人中既有科学家，也有希望借此成名发财的投机者，而热力学体系建立后，致力于永动机设计的除了希望打破现有科学体系的“民间科学家”外，更多的则是一些借永动机之名牟取钱财的骗子。历史上著名的永动机骗局有：△自动轮骗局：1714年，德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自动轮的永动机，这部机器每分钟旋转六十转，并能够将16公斤的物体提高相当的高度，当他宣布了这一消息并进行了公开实验后，名噪整个德国。1717年一位来自波兰的州长在验看了安放自动轮的房间后，派军队把守这座房屋，40天他发现自动轮仍在转动，便给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书。奥尔菲留斯靠展出自动轮获取了大量金钱，俄国沙皇彼得一世甚至与他达成价值10万卢布的购买协议。最终由于奥尔菲留斯的太太与女仆发生争执，女仆愤而曝光，原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动缆绳运转的，整个事件是一个骗局。△王洪成骗局：中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方案，他利用他设计的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转，不久骗局被揭穿，他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。1998年，王洪成提出自发电机的设计，据称可以利用大功率蓄电池带动所谓具备回充电功能的直流发电机，后经多次试验失败后再无下文，同年他的另一个骗局“水变油”被揭穿，本人也因此入狱。△中华宇宙能源 超磁能机车：陈锦文以自发电机为号召，利用多层次传销手法(老鼠会)来进行吸金集资，并假称与台湾三阳工业合作开发的新型电动机车，内容于产品发表会中号称无须加油、加水、充电即可骑乘，但经媒体记者查证后坦承该车仍需更换电池。且三阳工业在日于公司网站上公告，并未与“台湾新动力产业股份有限公司”及“庆骅国际能源股份有限公司”合作或签约研发“磁能发电机”与“磁能动力车”一事。另外在1980年代的巴黎博览会上，曾展出过一种“永动机装置”：这个装置是一个不停转动的大轮子，参观博览会的观众对这架永动机非常好奇，纷纷逆旋转方向推动轮盘，以期阻止轮子的转动。这个永动装置的设计者正是利用了观众的好奇心，让他们向后转动轮盘的动作为永动机上紧发条，维持装置的运转。此外，前国民党军队第12兵团司令官黄维，1948年在国共内战的徐蚌会战被俘之后，送至功德林战犯管理所接受“改造”，至1975年释放期间，他不顾众人异议，在所内潜心研制永动机，十分有名。最后当然仍以失败告终。科学在不断进步，永动机的研究却从来没有停止。中国乃至世界不知有多少民间科学家甚至专家，学者，教授，花费了大量宝贵的时间、金钱、心血来坚持不懈地寻找这样一种不存在的事物，不能不令人扼腕。他们之中当然也不乏别有用心的骗子，常见的手法是出售或转让他的“永动机图纸”、“永动机技术”等等。其实，只要一些最最基本的物理学常识，就可以识破这种骗术。5归类编辑第一类历史上有不少人有过这样美好的愿望：制造一种不需要动力的机器，它可以源源不断的对外界做功，这样可以无中生有的创造出巨大的财富来，在科学历史上从没有过永动机成功过，能量守恒定律的发现，使人们认识到：任何机器，只能转变能量存在的形式，并不能制造能量。因此根本不能制造永动机。它违背热力学第一定律：物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与物体对外界所做功的总和。第二类曾经有人设计一类机器，希望它从高温热库（例如锅炉）吸取热量后全部用来做功，不向低温热库排出热量。这种机器的效率不是可以达到100%了吗？这种机器不违背能量守恒定律，但是都没有成功。人们把这种只从单一热库吸热，同时不间断的做功的永动机叫第二类永动机。这种永动机不可能制成，是因为机械能与内能的转化具有方向性：机械能可以转化内能，但内能却不能全部转化为机械能，而不引起其它变化。从研究永动机得到的意外收获。前已提及，英国科学家焦耳也曾被永动机这一“奇妙”的发明所吸引，并为此做了一二十年的实验，但最后他留给后世的并不是永动机，而是证明永动机不可能的“热功当量定律”，这应该算是研究永动机得到的意外收获。斯台文是这方面的另一个例子。在他那个时代（16世纪末—17世纪初），有一种永动机是广泛被谈论着的，如图2所示，有14个能滚动的很重的铁球用链子连起来放在一个三棱体上。三棱体的一边比较斜，一边比较陡，且斜的一边比陡的一边长些。永动机的制造者们相信，斜的一边上有4个重铁球，陡的一边只有两个重铁球，4个铁球的下滑力自然比两个铁球大，整个装置就会如箭头所指示的方向滑下来。一旦左边滑下去一个重球，右边一定同时补充上一个重球，左边的斜面上依然是4个重球，右边的斜面上仍只有两个重球，永远是左边的下滑力大于右边的下滑力，球链就会永远不断地运动下去。荷兰科学家斯台文在研究这种永动机时，从经验出发判断它不可能永动，因为左边球虽多，但斜面缓，每个球产生的向下拉力小，右边球虽少，但斜面陡，每个球产生的向下拉力大，结果两边斜面向下的拉力一样大。至此，斯台文并没有停止思维，他又把该问题进一步引向深入：由于球的个数跟斜面的长度成正比，每个球都是一样重，所以各边球的总重也一定跟斜面长成正比。这就是有名的两个斜面上力量平衡的定律。
还没进阶，带的自己弄的...
发明永动机有钱吗
坐等物理帝！
楼楼也不是物理大手，所...
我是说不需要能量，也不...
我知道肯定不能实现，毕...
哈哈哈哈！我要发财了！！
经典的半透膜永动机，是...
我真是太佩服我自己了
三月自主招生没考上，推荐落榜生去上海成才学院！
民科吧的nc们整天想着发明这玩意
我记得最简单的那种水利永动机，和磁力永动机，一直不明白水利永动机虽然说是能量守恒但是还是没听明白，到最后水的重力势能还存在，那就说明抽水机的机械能也在，可是为什么不工作呢
还有，能量守恒定律和宇宙膨胀说是矛盾的
月亮 围绕 地球 围绕 太阳 围绕 银河系 它们都有寿命没有永恒的东西！
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