sábado, 10 de diciembre de 2011

Los móviles perpetuos

Sobre la imposibilidad del movimiento perpetuo

Los móviles perpetuos son dispositivos hipotéticos que, de existir,  producirían más energía que la que consumen para poder moverse a sí mismas. A pesar de los numerosos intentos de obtener una máquina de movimiento perpetuo, desde la antigüedad hasta nuestros días, y de leyes bien establecidas que lo prohíben, el movimiento perpetuo sigue presente en la imaginación de internautas e inventores. 



Ejemplo de móvil perpetuo de la edad media.

Los móviles perpetuos son dispositivos hipotéticos que, de existir,  producirían más trabajo útil o energía que la que consumen. La idea es que estas máquinas imaginarias, podrían funcionar a perpetuidad, después de suministrarles un impulso inicial, y no necesitarían consumir energía de ninguna fuente externa. Es más, podrían entregarla. Sin embargo, hay leyes de la Física que lo prohíben.


Conservación de la energía-masa
Una ley de conservación es una declaración en la que una cantidad se mantiene constante. La física y matemática alemana Emmy Noether demostró que para cierto tipo de teorías físicas, cada simetría conduce a una correspondiente ley de conservación.

Emmy Noether (1882-1935)
El teorema de Noether nos dice que las leyes de la física provienen de una simetría y que cada simetría implica una ley de conservación. Por ejemplo, una simetría de traslación da lugar a la ley de conservación de la cantidad de movimiento y una simetría rotacional a la conservación del momento angular.

Del mismo modo, la ley de conservación de la energía proviene del hecho que, a medida que transcurre el tiempo,  el universo no cambia la forma en que funciona. A esto le llamamos simetría temporal.

Existe fuerte evidencia de la simetría temporal. Por ejemplo, cada vez que vemos una galaxia distante a través de un telescopio, estamos viendo la luz que ha tardado miles de millones de años en llegar a la Tierra. Si observamos un tipo de explosión estrelar distante, se ve exactamente igual que otra más cercana (y por tanto, más reciente).


Termodinámica
El movimiento perpetuo en un sistema cerrado violaría la Primera Ley de la Termodinámica en algunos casos y la Primera y la Segunda Ley de Termodinámica, en otros casos.

La Primera Ley de la Termodinámica trata sobre la conservación de la energía: "La cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía".

La Segunda Ley de la Termodinámica tiene varios enunciados para exprasar lo mismo.

Un enunciado de la Segunda Ley trata sobre el rendimiento de las máquinas: "No puede existir una máquina térmica que funcionando entre dos fuentes térmicas dadas tenga mayor rendimiento que una de Carnot que funcione entre esas mismas fuentes térmicas".

Otro enunciado es que la entropía tiende a aumentar: "En un sistema aislado, ningún proceso puede ocurrir si a él se asocia una disminución de la entropía total del sistema".

Otra declaración de la Segunda Ley manifiesta que el calor fluye espontáneamente desde los cuerpos a mayor temperatura a los de menor temperatura: "Es imposible un proceso cuyo único resultado sea la transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura".

En otras palabras:
  1. En cualquier sistema cerrado, no se puede crear más energía.
  2. Una parte de la energía deja de estar disponible para su uso. 
  3. Una máquina no puede producir más energía de la que consume, o a lo sumo, la suficiente como para mantenerse funcionando (idealmente). 

La máquinas perpetuas se las puede clasificar en tres grupos:


1. Máquinas de movimiento perpetuo de primera especie son las  producen de trabajo sin aporte de  energía. Por lo tanto, violan la primera ley de la termodinámica o  ley de conservación de la energía . 




Motor perpetuo de Villard D'Honnecourt: (a), dibujo original; (b), modelo.


Motor perpetuo con correas desequilibradas.




Motor hidráulico.






Esquema del mpp magnético describe en el libro «Una centena de invenciones» de J. Wilkins.




2. Máquinas de movimiento perpetuo de segunda especie son las que convierten espontáneamente energía térmica en trabajo mecánico. Esta conversión del calor en trabajo útil, sin ningún efecto secundario, es imposible, según la segunda ley de la termodinámica. 


Motor de P. Droz para la cuerda automática de un reloj con muelle bimetálico de dos capas.


 Motor barométrico de Cocks: 1, taza suspendida con mercurio; 2, tubo barométrico; 3, suspensión; 4, polea; 5, trinquete; 6, rueda de trinquete; 7, peso de equilibrio.




3. Máquinas de movimiento perpetuo de tercera especie son aquellas que eliminan por completo la fricción y otras fuerzas disipativas, para mantener el movimiento para siempre. Si bien es imposible construir una máquina sin fricción, aún consiguiéndolo, dicha máquina no serviría como una fuente de energía eterna, ya que se detendría a medida que se la extraemos.




Los móviles perpetuos, a pesar de que no pueden existir, han mantenido inquietos a inventores a lo largo de la historia. Es gracias a  los infructuosos intentos por conseguir lo imposible que se pudieron sentar las bases y nociones generales de la física. Se definió el trabajo y la energía y se inició el estudio de la Termodinámica.

A pesar de que hoy en día existe un consenso científico acerca de la imposibilidad de fabricar tales artilugios, diariamente miles de entusiastas de las energías alternativas intentantan violar los Principios de la Termodinámica. Sus invenciones a base de imanes de neodimio, quizás parezcan algo más sofisticados que los de las figuras anteriores, pero con su misma efectividad: cero. 
Los videos a continuación son sólo una muestra de las miles de rebuscadas máquinas que existen intentando violar las leyes de la física.


Motor magnético Torbay.


Máquina con "rendimiento mayor que la unidad".


Segundo intento de conseguir el movimiento eterno (esperemos que con este quede persuadido).


Sistema hidráulico de movimiento "perpetuo" que logra funcionar hasta el final del video de YouTube.







Fuentes y más información:
http://es.wikipedia.org/wiki/Móvil_perpetuo
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodinámica
http://es.wikipedia.org/wiki/Primera_ley_de_la_termodinámica
http://es.wikipedia.org/wiki/Segunda_ley_de_la_termodinámica
http://www.librosmaravillosos.com/perpetuum

7 comentarios:

  1. Yo me hago una pregunta... ¿porqué esto que he construido en casa funciona?

    Paso a detallar cómo hacerlo... ojo que yo soy muy basto y la eficiencia es penosa, pero logro el objetivo...

    Paso 1: Montar la rampa rectilínea (se podría hacer helicoidal según me han comentado y quedaría mucho mas claro)

    Para ello se hace un canal en una madera (yo la cree con piezas de plástico de los típicos juguetes de niños y pegando papel/plástico para que quede lisa).

    A cada lado de la misma se ponen imanes en paralelo entre si y enfrentados a los del otro lado (yo lo hice con esos de los jugetes de imanes y bolas de acero, ojo, con los que cada uno es solo un imán... hay otros que llevan un imán a cada lado y con esos el efecto es mucho menor).

    Con esto ya tenemos montado el típico, común y bien conocido "acelerador magnético lineal).

    Paso 2: Darle algo inclinación, unos 25 o 30 grados

    Pues eso es tan sencillo como levantar un extremo una cierta altura... yo lo hice a prueba y error... dada la alta fricción de los materiales usados a cierta altura (lo que implica cierta inclinación) ya no funcionaba, pero en la red hay vídeos en los que hacen cosas similares (con imanes mucho mejores y menos fricción que logran hasta hacer que funciones en vertical)

    Paso 3: Montar el "móvil", vamos coger un par de imanes y dejar que se unan por un extremo de forma natural al acercarlos... yo use los mismos que los que usé en la "rampa".

    Paso 4: Sujetar con la mano encima del extremo de la rampa, del extremo de menor altura, el "móvil" (por supuesto a menor altura que el extremo mas alto de la rampa), bien alineado.

    Paso 5: Soltarlo

    Pueden pasar dos cosas... que se cuele en el canal (si no sube igual hay que girarlo 180 grados) o que no se cuele en el canal... como dije hay que enfrentarlo bien.

    Si se enfrenta bien, el conjunto de esos imanes se colará en el canal... y los imanes de la rampa lo propulsan hacia arriba.

    Mi asombro no fue el ver que el conjunto de esos imanes ("móvil") subía hasta arriba de la rampa y que si hacía la rampa el doble de larga manteniendo la inclinación subía hasta el final. Eso lo describe la física, los imanes se atraen, etc...

    El asombro fue ver que por el extremo superior de la rampa salía disparado cual proyectil balístico... si alguien sabe porqué que lo cuente, ya que quiero "entender".

    La idea que se me ocurrió fue montar otro "canal" esta vez descendente para que lo guiase de vuelta a donde yo lo sujetaba inicialmente y que fuese la propia "gravedad terrestre" quien se encargase de hacerlo "bajar".

    La sorpresa fue mayúscula cuando logré enfrentar bien el punto de caída sobre el canal... el "móvil" repite una y otra vez el proceso...

    -Sube por la rampa acelerado e impulsado por los imanes
    -Sale despedido por el extremo superior
    -Entra en un "cono" que hice de plástico (para facilitar la alineación con un tuvo de goma)
    -Desde el cono pasa a un tubo de goma
    -El tubo de goma va descendiendo en altura hasta un lugar donde le hice una "raja" para que el "móvil" caiga otra vez sobre la parte baja del canal de la rampa
    -Cae sobre el canal de la rampa y vuelve a ascender gracias a los imanes de la rampa
    -El proceso se repite hasta que me cansé de verlo

    Notas: Yo no dispongo de mucho dinero, por eso esos "cutre" materiales... y esa pedazo de "ineficiencia" de los mismos... el rozamiento era bestial...

    Pero lo que yo pregunto es porqué "funciona", ya que no lo entiendo... no debería funcionar!!!

    ...continua...

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    1. Creo que alguien intenta engañarnos...

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  2. ... continuación ...

    Se me ocurren al menos dos posibilidades... pero a cual mas rara...

    Una, los imanes pierden "fuerza" (digamos poder de atracción) con el paso del tiempo y el uso... algo que según he leído no le ocurre a los imanes permanentes (esos de tipo Neodimio, etc).

    Dos, la gravedad terrestre permite hacer subir los objetos en presencia de campos magnéticos a costa de "degradarse" o sea que con el paso del tiempo la "gravedad" se vería reducida.

    Como digo son ideas sin sentido (o quizás lo tengan), como no "entiendo" porqué ocurre lo que ocurre,... pido a quien lo lea y sepa el porqué ocurre que lo explique si es tan amable.

    La idea subyacente es esta:
    -Hacer subir un conjunto de imanes [NSNSNS] por una rampa con pares de imanes enfrentados [NS...SN] (esto ya está demostrado que funciona)
    -Una vez arriba lograr la suficiente velocidad de salida como para que no se quede "sujeto" por los imanes del extremo, vamos que salga disparado (esto se logra reduciendo la inclinación o poniendo imanes mucho mas potentes)
    -Recogerlo con un tubo, u otro sistema para que la "gravedad" terrestre lo vuelva a llegar al punto de partida a costa de reducir la altitud.

    A mi me funcionó, conseguí que diera mas de 10 ciclos sin notar nada raro, de hecho lo paré cuando alcanzó los casi 100 por puro aburrimiento.

    Lo que yo realmente no entiendo es qué es lo que logra hacer que suba por la rampa, una y otra vez.

    En teoría al subir por la rampa acabará con mas energía potencial que la de partida... vamos que acaba a más altura... quién puñetas se la da!!

    Esto se podría responder si no saliese disparado por el extremo... serían los imanes ... y para volver a hacer que baje habría que "tirar" o sea aportarle energía.

    Pero al salir disparado... la gravedad hace su trabajo y lo hace bajar.

    En fin, resumiendo... ¿porqué sale disparado?

    Con lo de la rampa me refiero a algo similar a lo de este vídeo (salvo que yo no puse los imanes de los lados así de angulados, los puse en perpendicular al canal y la puse con una cierta pendiente ascendente):
    http://www.youtube.com/watch?v=Vo2-Qb3fUYs

    Y en lugar de introducirlo por el lateral, dejo que sea la gravedad terrestre la que lo meta en el canal (aprox. entre el 1/5 y 2/5 de la longitud), de ahí lo de "afinar" la puntería... o "enfrentarlo" bien.

    Si bien, buscando vídeos... en este otro se ve mas claramente a qué me refiero... aunque usan otro tipo de imanes bien diferente... la "rampa" es similar en concepto.
    http://www.youtube.com/watch?v=Ru2u5Rw59A0

    Eso si, habría que quitar ese "doble" imán del extremo superior para que salga disparado, ese doble imán según me he enterado hace de freno, qué rabia no haberlo sabido cuando hacía pruebas... me cargué varios imanes y varios cristales... y de pura suerte no le dio a la TV.

    Por supuesto mis imanes ni de lejos son tan potentes... como dije son de juguetes de niños... (esos juguetes donde se usan imanes de barra y bolas para hacer construcciones) por lo que no logré un ángulo de inclinación tan brutal... como dije logré tan solo uno de entre 20 y 30 grados.

    Por favor, que alguien me explique porqué sale disparado (con una velocidad considerable) a mayor altura de la que partió.

    ...continua...

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    1. ¿Qué? ¿La gravedad terrestre permite hacer subir los objetos en presencia de campos magnéticos a costa de "degradarse" y de verse reducida?

      Parece que no tienes muy claros los conceptos de gravedad y de magnetismo.

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  3. ... continuación ...

    La "marca" de los que yo usé se llama "Supermag" (disculpen por poner una marca, no me gusta hacerle negocio a terceros, pero no tengo mas remedio para que se entienda a qué tipo de imanes me refería, además el que tenga dinero usará imanes de Neodimio "serios" y "caros", yo no me lo puedo permitir y menos para intentar "refutar" por mí mismo lo que en algunos vídeos se ve... la sorpresa fue que no solo no lo refuté sino que comprobé que funciona!!! y entiendo que con imanes mejores, menos fricción y mejores medios económicos si que se pueda hacer mucho más "eficiente".

    Ojo, no afirmo que sea un móvil perpetuo ni que se pueda "crear" energía con él... tan solo quiero que alguien entendido me explique porqué ocurre!!!

    Según tengo entendido a eso se dedican los científicos... a intentar explicar lo que se observa, mediante matemáticas, etc...

    En este caso además me gustaría saber porqué también se repite el ciclo... o dicho de otra forma... de quién extrae la energía para hacer ese trabajo y sobre todo con tanta fricción como tiene.

    En esta web lo explican en inglés (y comprendo mucho, de ella saqué lo de que el doble imán del extremo es el freno):
    http://www.supermagnete.de/eng/project68

    Pero lo que no me explica es porqué sin ese "freno" sale disparado, incluso con el final de la "rampa" a mayor "altitud"... a menor lo entendería... la gravedad... pero a mayor altura... qué causa eso... y la respuesta de la velocidad alcanzada no me convence, quiero una justificación mejor.

    Nota: También he observado que la cantidad de "energía" o "trabajo" (no cómo llamarlo) con que un imán afecta a otro, depende de la velocidad relativa entre ambos... Dicho de otro modo... si intentar hacer que dos polos iguales se toquen y vas despacio, te va a "costar" mucho, pero si los acercas con una velocidad alta, zas puedes hacer que choquen y por tanto se oiga el golpe.

    Igual tiene algo que ver... al ir a mas velocidad hay menos tiempo en el que lo pueden "frenar" y a partir de cierta velocidad ya no pueden.

    Pero, entonces, cómo se explica esa velocidad alcanzada.

    Mil gracias a todos por sus aportes.

    P.D.: Lo pueden probar ustedes mismos, sale disparado.

    ...FIN.

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    1. Lo que describes se llama "rifle de Gauss".

      Si el ordenamiento de los imanes es simétrico, en el centro del riel las fuerzas de atracción y repulsión de cada imán se ven compensadas. Por lo tanto, al lanzar la bola magnética en un riel así, la misma empezaría a oscilar de un extremo al otro hasta que, al final terminará "clavada" en el medio. O sea, se crea un pozo de potencial (similar a cómo funciona un péndulo con la gravedad).

      Ahora bien, para lograr una aceleración (casi)constante y que la bola recorra todo el riel hasta el final, se debe crear cierta asimetría, poniendo un par de imanes más fuertes al final del riel para así modificar el perfil del pozo de potencial.

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