El movimiento perpetuo se refiere a la idea de un movimiento (generalmente periódico), en un sistema que puede durar indefinidamente sin suministro externo de energía o material ni transformación irreversible del sistema.
Desde el Renacimiento , los inventores, ignorando los principios de la mecánica , han intentado construir sistemas mecánicos capaces de perpetuar su movimiento, creyendo que podrían constituir una fuente ilimitada de trabajo .
Sus mecanismos no pudieron funcionar de acuerdo con sus expectativas, porque los conocimientos técnicos de la época apenas permitieron reducir significativamente los fenómenos de fricción entre partes fijas y partes móviles.
Un movimiento perpetuo no puede convertirse en fuente de energía: de hecho, esto equivale a consumirlo sin haberlo agregado, mientras que según el primer principio de la termodinámica , no se puede crear ni destruir, sino solo transformar. Por tanto, es imposible obtener un "motor perpetuo", una fuente de energía que utilice el movimiento perpetuo. Para crear energía sería necesario que un movimiento perpetuo también produjera una aceleración perpetua de su movimiento, sin la cual no puede ser una fuente de otra energía que la de su propio movimiento.
En el mundo antiguo, el movimiento perpetuo es la cualidad principal de las estrellas, del mundo supralunar y de lo divino. Esta distinción entre mundo supralunar y sublunar se verá socavada a partir de la Edad Media . La concepción errónea del movimiento que describe el mundo sublunar inaugurado por Aristóteles , induce a que todos los cuerpos tiendan al descanso. El movimiento violento siempre se va a consumir: "Nullum violetum potest esse perpetuum". Por tanto, no puede celebrarse un debate sobre la idea del movimiento perpetuo.
La imposibilidad del movimiento perpetuo fue admitida por Simon Stevin (1548-1620) y luego por Galileo , como un axioma adecuado para fundar ciertas demostraciones de estática ( clootcransbewijs ). Tal vez habían inspirado su confianza en este axioma en las teorías de Girolamo Cardano, quien al escribir contra el perpetuum mobile , tal vez solo había resumido las pocas notas dispersas de Leonardo da Vinci. El reloj que se daría cuerda es una quimera; siempre comenzará a descender el peso que tenga mayor fuerza motriz y, cuando haya llegado al final de su curso, el reloj se detendrá; de ahí esta conclusión de Leonardo da Vinci : “Contra el movimiento perpetuo. Ninguna cosa insensible podrá moverse por sí sola; por tanto, si se mueve, lo mueve una fuerza desigual, es decir, de tiempo y movimiento desiguales, o de peso desigual. Y habiendo cesado el deseo del primer motor, cesará inmediatamente el segundo ”. La argumentación de Leonardo da Vinci y Cardano siempre se basa en los principios de la dinámica peripatética , que la mecánica moderna pronto llegará a barrer.
Una carta de René Descartes (1596-1650) al padre Marin Mersenne de13 de noviembre de 1629contiene una primera formulación de lo que se convertirá en el principio de inercia : "[...] en primer lugar supongo que el movimiento que una vez se imprime en algún cuerpo permanece allí perpetuamente, si no es eliminado por alguna otra causa [...] ”. Con Descartes, el movimiento, como el descanso, es un estado. Este nuevo enfoque marca una ruptura con las concepciones escolásticas del movimiento. En una carta a Christian Huygens de 1643: “Sobre la cual considero que la naturaleza del movimiento es tal que, cuando un cuerpo ha comenzado a moverse, esto es suficiente para que siga siempre después con la misma velocidad y en la misma línea. derecha, hasta que sea detenido o desviado por alguna otra causa. El movimiento circular surge de lo que Christian Huygens llamará “vis centrifuga”. Las Reglas de la ciencia del movimiento, ordenadas por primera vez por Galileo, Descartes o Huygens, abrirán definitivamente el camino a la organización racional de la mecánica por Isaac Newton (1643-1727).
En 1775, la Real Academia de Ciencias de París toma la3 de mayola resolución “de no examinar más ninguna solución de los problemas de duplicar el cubo , trisección del ángulo o cuadratura del círculo , ni ninguna máquina anunciada como movimiento perpetuo” .
Una representación del átomo es que los electrones giran alrededor del núcleo del átomo (modelo planetario o modelo de Rutherford ); esto es imposible porque entonces irradiarían energía como una antena de radio (esto se demuestra a partir de las ecuaciones de Maxwell ); la mecánica cuántica muestra el hecho de que los electrones forman una "nube electrónica" alrededor del núcleo, que no genera ninguna radiación.
A escala humana, la trayectoria de los planetas parece ser un movimiento perpetuo (las modificaciones de períodos son detectables, pero realmente muy débiles).
Es cierto que el movimiento de los planetas alrededor de una estrella es perpetuo siempre que el sistema no sufra ninguna modificación, pero este nunca es el caso: la marea en la tierra disipa la energía del sistema tierra / luna a una tasa de 3,75. teravatios , parte de los cuales, la energía de las mareas , se puede aprovechar. Este tipo de movimiento perpetuo (si descuidamos la fricción) no contradice las leyes de conservación de la energía ya que no proporciona trabajo .
Aparentemente, el uso de asistencia gravitacional para la aceleración de naves espaciales parece ser una excepción a la oración anterior, pero la energía consumida es insignificante para tal sistema (también es completamente imposible medir su impacto en el cuerpo masivo).
En el caso de los sistemas reales, no se puede predecir exactamente cuánto tiempo serán estables. Dos estrellas aisladas estarían en movimiento perpetuo alrededor de su centro de masa (ver problema con dos cuerpos ).
Se trata aquí de tener una máquina que tenga un movimiento cíclico, dando más energía de la que recibe, para su uso como motor. Sabiendo que el ascenso y descenso cíclicos de un peso o un flotador no da energía, ni la compresión y descompresión cíclicas de un resorte, es obvio que tales máquinas son imposibles. El argumento de la resonancia tampoco se sostiene, porque la resonancia tampoco crea energía.
Una de las primeras cuentas que describen una rueda de movimiento perpetuo se atribuye a matemático indio Bhāskara II ( 1114 - 1.185 ). Rueda con tubos llenos de líquido, cuya forma no se conoce realmente .
El primer diagrama conocido de cómo producir el movimiento perpetuo está dado por el cuaderno de bocetos de Villard de Honnecourt , Lámina IX, anotado de esta manera, “Maint ior se sunt maistre disputa de faire torner une ruee par li only Ves ent ci con en puet made by non -pers mallas o por mercurio ” . “Muchos días han estado luchando para que una rueda gire por sí sola. Así es como podemos hacerlo con un mazo no uniforme o con mercurio ” .
Leonardo da Vinci ofrece algunos candidatos para el movimiento perpetuo, pequeños bocetos que se desechan rápidamente sin comentarios. Sin embargo, como se dijo anteriormente, Leonardo sabía que el movimiento perpetuo era imposible.
Johann Bessler (1681-1745) propuso un tambor sólido ahuecado en cavidades en las que se inclinaban pesos que impulsaban la rueda. La forma de las cavidades está diseñada de tal manera que los pesos se acercan al eje de rotación durante el ascenso y se alejan de él en el descenso. Pero un cálculo riguroso aplicando las leyes de Newton (establecidas en 1687) muestra que la rueda no puede ganar ninguna velocidad de rotación, solo recupera la misma velocidad al final de una revolución, asumiendo que no hay fricción (ni en el eje de rotación, ni en el desplazamiento de las bolas), lo cual es totalmente impracticable.
La mayor parte de la rueda rockeros famosos fue construido por el Marqués de Worcester, que hicieron la demostración de Charles I er de Inglaterra en 1638: que mide 4,30 m de diámetro y contenía cuarenta peso de 23 kilogramos. El peso único de la rueda era, por tanto, considerable, tanto que su única inercia le permitía permanecer en rotación durante bastante tiempo, dando la ilusión de un movimiento perpetuo .
Un viejo sueño para tener energía libre es utilizar una rueda que gira perpetuamente (cuya fricción mecánica hubiéramos logrado mantener a un nivel insignificante) como fuente de energía eléctrica por inducción electromagnética , es decir, colocar una dinamo en un movimiento perpetuo. rueda. Pero mostramos que la fuerza de Laplace se comporta entonces exactamente como una fuerza de fricción. La energía eléctrica suministrada en total (una vez que la rueda se ha detenido) corresponde exactamente a la energía cinética suministrada originalmente por el usuario (y de nuevo, idealmente: incluso en el mejor sistema posible, las pérdidas y la fricción deben eliminarse).
Los mecanismos pueden dar la ilusión de un movimiento perpetuo. De hecho, el movimiento siempre se mantiene gracias a una fuente de energía más o menos difícil de detectar.
Las máquinas descritas anteriormente son máquinas de primer nivel, violando el primer principio de la termodinámica . Las máquinas de segundo orden violarían el segundo principio de la termodinámica . Por ejemplo, uno podría imaginarse un barco tomando agua de mar, recuperando su entalpía de fusión para moverse, y arrojando al mar el hielo obtenido.
Ejemplos de aparente violación del segundo principio son el demonio de Maxwell o el trinquete y la rueda de trinquete de Feynman . Se cree que tales mecanismos pueden transformar el calor en trabajo durante un ciclo monotérmico. Por tanto, plantean la cuestión de la validez del segundo principio (es decir, la hipótesis del crecimiento monótono de la entropía macroscópica de sistemas "aislados"). De hecho, estos dos mecanismos no permiten en modo alguno demostrar que no se respete el segundo principio. De hecho, la caída en la entropía del gas lograda por la acción del demonio de Maxwell, por ejemplo (al abrir y cerrar en el momento adecuado una pequeña puerta en una partición que separa un tanque de gas en dos compartimentos sellados) es posible sin violar la segunda. principio de termodinámica. Teniendo en cuenta la equivalencia de entropía macroscópica / falta de información de un observador macroscópico, basta, para respetar la hipótesis de crecimiento monótono de la entropía de sistemas "aislados", que esta disminución de la entropía del gas vaya acompañada de una mayor o igual pérdida de información en poder del demonio sobre el estado del gas y sobre su propio estado.
Por tanto, hoy sabemos que el experimento mental correspondiente al demonio de Maxwell no permite invalidar la hipótesis según la cual el segundo principio de la termodinámica presenta un carácter fundamental. Los físicos de hoy han dejado de buscar excepciones a la primera ley de la termodinámica y difícilmente creen que sea posible en el futuro violar la segunda ley de la termodinámica gracias a los avances de la nanotecnología .
La novela La noche del tiempo de René Barjavel escenificó una civilización perdida para la que el movimiento perpetuo no tiene secretos.
En El viaje extravagante del joven y prodigioso TS Spivet , película escrita, producida y dirigida por Jean-Pierre Jeunet , estrenada en 2013, el joven héroe inventa una máquina de movimiento perpetuo, que en realidad no lo es, ya que se mantiene por medios magnéticos. fuerza, que no se puede utilizar para generar energía.