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Perpetua mobilia

Perpetua mobilia

Dipl.-Phys. Uwe Gebranzig, Regierungsdirektor, Abt. 1.13

Der Beitrag gibt einen Überblick über die betreffenden Naturgesetze und erläutert typische Perpetua mobilia aus der Patentliteratur.

The article presents an outline of the relevant laws of nature, and illustrates typical perpetua mobilia described in the patent literature.

Perpetua mobilia sind nach vorherrschender Auffassung Maschinen, die ohne entsprechende Energiezufuhr fortwährend Arbeit verrichten und somit mehr Energie abgeben sollen als ihnen zugeführt wird. Sie widersprechen damit Satz von der Erhaltung der Energie.

Aus der Invarianz gegenüber Zeitverschiebungen (Homogenität der Zeit) folgt die Erhaltung der Energie, aus der Invarianz gegenüber räumlichen Translationen (Homogenität des Raumes) die Erhal-tung des linearen Impulses und aus der Invarianz gegenüber räumlichen Drehungen (Isotropie des Raumes) die Erhaltung des Drehimpulses (1).

Mit anderen Worten entspricht der Tatsache, daß in der Raum-Zeit kein Zeitpunkt, kein Ort und auch keine Richtung ausgezeichnet sind, die Erhaltung von Energie, Impuls und Drehimpuls (2).

Diese zwischen Symmetrien und Erhaltungssätzen bestehenden Zusammenhänge hat die Göttinger Mathematikerin Emmy Noether bereits im Jahre 1918 aufgezeigt und sie sind daher als Noether-Theoreme bekannt (3, 4). Sie gelten in der klassischen Mechanik (5, 6, 7, 8), der Quantenmechanik (9, 10, 11, 12) und der speziellen Relativitätstheorie (13). Im übrigen folgen auch im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie aus Symmetrien entsprechende Erhaltungssätze (14, 15, 16, 17).

Obwohl die Sätze von der Energie-, Impuls- und Drehimpulserhaltung aufgrund der zuvor erwähnten engen Verknüpfung mit wohl sehr einleuchtenden grundlegenden Eigenschaften der Raum-Zeit bisher noch jedem Zweifel widerstanden haben, ist es immer wieder versucht worden, Perpetua mobilia zu konstruieren (18, 19).

So sind auch aus der Patentliteratur angebliche Perpetua mobilia und sonstige Vorrichtungen verschie-dener Art bekannt, die den Energiesatz, die übrigen Erhaltungssätze oder weitere Naturgesetze verletzen und daher nicht ausführbar sind.

Die DE 197 13 201 A1 betrifft eine die Schwerkraft ausnutzende Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei diese Vorrichtung in der Lage sein soll, aus sich selbst heraus Energie zu gewinnen. Dazu treibt ein unter dem Einfluß der Schwerkraft fallendes Gewicht über ein Seil einen Generator an, der dabei eine Batterie auflädt. Die Batterie versorgt schließlich einen Elektromotor, um dabei das Gewicht wieder auf die Ausgangshöhe anzuheben (Figur 1).

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Figur 1: Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie nach DE 197 13 201A1

Mit dieser Vorrichtung könnte aber nur dann Energie gewonnen werden, wenn die Schwerkraft beim Fall des Gewichts größer wäre als bei seinem Anheben. Da jedoch das Gesetz der Schwerkraft von der Zeit unabhängig ist, kann die in der DE 197 13 201 A1 beschriebene Vorrichtung die dort versprochene Eigenschaft, aus sich selbst heraus Energie gewinnen zu können, nicht erfüllen. Die versprochene Energiegewinnung widerspricht der Zeitinvarianz des Gesetzes der Schwerkraft und damit dem auf der Zeitinvarianz beruhenden Energiesatz. Somit sind Vorrichtungen der in der DE 197 13 201 A1 beschriebenen Art nicht ausführbar.

In der EP 0 032 963 A1 wird eine Vorrichtung zum Antreiben einer Welle mittels eines an wellenfesten Rollenkörpern angreifenden Bandzugs beschrieben, die im wesentlichen darin besteht, daß an einem um zwei im Abstand übereinander angeordnete Rollenkörper endlos geführten Bandzug in gleichen Abständen eine Anzahl Gewichte tragende Hebel derart angeordnet sind, daß die Gewichte an den Hebeln im Aufwärtstrum des Bandzugs frei nach unten hängen, während die Hebel mit den Gewichten im Abwärtstrum quer nach außen ragen (Figur 2). Damit soll die Aufgabe gelöst werden, den Bandzug zum Antreiben einer Welle auf mechanischem Wege in Bewegung zu halten.

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Figur 2: Vorrichtung zum Antreiben einer Welle nach EP 0 032 963 A1

Diese Vorrichtung gehört zur Klasse der Hebel-Perpetua-mobilia, die, wenn man sie sich selbst über-läßt, ihrer geringster Schwerpunkthöhe und potentieller Energie entsprechenden Ruhelage unter Rei-bungsverlusten zustreben (18).

Bei dem in der DE 196 00 446 A1 vorgeschlagenen Schwerkraftmotor wird der Eötvös-Effekt ausge-nutzt, der darin besteht, daß sich entsprechend einer Ost-West-Komponente der Bewegung eines Körpers gegenüber der Erdoberfläche die Zentrifugalbeschleunigung und damit die Schwere des Körpers ändert. Dies bedeutet, daß der sich von Ost nach West bewegende Teil einer Drehmasse eine größere Schwere aufweist als der sich von West nach Ost bewegende Teil der Drehmasse. Nach der DE 196 00 446 A1 sollen die somit aufgrund des Eötvös-Effektes von einer um eine vertikale Achse rotierenden Drehmasse ausgehenden Kräfte genutzt werden (Figur 3).

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Figur 3: Schwerkraftmotor nach DE 196 00 446 A1

Hierzu ist jedoch festzustellen, daß dem Schwerkraftmotor die Energie zugeführt werden muß, die der von den aufgrund des Eötvös-Effektes auftretenden Kräften verrichteten Arbeit entspricht.

Nach der US 3 998 107, der DE 196 43 696 A1 und der DE 40 07 154 A1 soll es möglich sein, die Zen-trifugalkraft als Antriebskraft zu nutzen. Dabei sollen mit umlaufperiodisch veränderlichen radialen Ab-ständen rotierende Massen zu einer gerichteten Antriebskraft führen, die sich aus den wegen der unterschiedlichen radialen Abstände unterschiedlichen Zentrifugalkräften ergeben soll (Figur 4).

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Figur 4: Zentrifugalantrieb nach US 3 998 107

Dieser Betrachtungsweise liegt jedoch eine Fehleinschätzung der Zentrifugalkraft zugrunde. Die Zen-trifugalkraft tritt nämlich nur in dem rotierenden Bezugssystem auf und gehört damit zu den nur in Nichtinertialsystemen auftretenden Scheinkräften, deren einzige Wirkung darin besteht, einen in Inertialsystemen kräftefreien Massenpunkt dort auf einer mit gleichbleibender Geschwindigkeit durchlaufenen Bahn zu halten. Da die Scheinkräfte und damit auch die Zentrifugalkraft in Inertialsystemen nicht auftreten, können sie dort auch nichts antreiben. Im übrigen verstoßen derartige Zentrifugalantriebe, da sie Schub ohne Rückstoß erzeugen sollen, auch gegen den Satz von der Erhaltung des Impulses (18).

Patentanmeldungen der zuvor beschriebenen Art, deren Gegenstände also den Satz von der Erhaltung der Energie oder die sonstigen erwähnten Erhaltungssätze und Naturgesetze verletzen und daher nicht ausführbar sind, müssen wegen fehlender technischer Ausführbarkeit zurückgewiesen werden.

Jedoch bleibt es den Anmeldern unbenommen, ihre Erfindungen vorzuführen und damit den Vorwurf fehlender technischer Ausfürbarkeit zu entkräften.

Die Erfolgsaussichten solcher Vorhaben sind jedoch wegen der eingangs erwähnten engen Verknüfung der Erhaltungssätze mit einleuchtenden Eigenschaften der dem Naturgeschehen zugrundeliegenden Raum-Zeit äußerst gering.

Quellenverzeichnis

1) AUDRETSCH, Jürgen; MAINZER, Klaus: Philosophie und Physik der Raum-Zeit; Mannheim; BI Wissenschaftsverlag; 1988

2) GENZ, Henning; DECKER, Roger: Symmetrie und Symmetriebrechung in der Physik; Braunschweig; Vieweg; 1991

3) SCHMUTZER, Ernst: Symmetrien und Erhaltungssätze der Physik; Berlin; Akademie-Verlag; 1972

4) SCHOTTENLOHER, Martin: Geometrie und Symmetrie in der Physik; Braunschweig; Vieweg; 1995

5) ABRAHAM, Ralph; MARSDEN, Jerrold E.: Foundations of Mechanics; 2nd Edition; Reading, Massachusetts; Benjamin; 1978

6) ARNOLD, V.I.: Mathematical Methods of Classical Mechanics; Berlin; Springer-Verlag; 1978

7) CORBEN, H.C.; STEHLE, Philip: Classical Mechanics; 2nd Edition; New York; Dover; 1994

8) MITTELSTAEDT, Peter: Klassische Mechanik; 2. Auflage; Mannheim; BI Wissenschaftsverlag; 1995

9) BALLENTINE, Leslie E.: Quantum Mechanics; Englewood Cliffs, New Jersey; Prentice Hall; 1990

10) FICK, Eugen: Einführung in die Grundlagen der Quantentheorie; Frankfurt am Main; Akademische Verlagsgesellschaft; 1968

11) SUDBERY, Anthony: Quantum mechanics and the particles of nature; Cambridge; Cambridge University Press; 1986

12) THEIS, Werner R.: Grundzüge der Quantentheorie; Stuttgart; Teubner; 1985

13) RUDER, Hanns und Margret: Die Spezielle Relativitätstheorie; Braunschweig; Vieweg; 1993

14) GOENNER, Hubert: Einführung in die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie; Heidelberg; Spektrum Akademischer Verlag; 1996

15) HAWKING, S.W.; ELLIS, G.F.R.: The large scale structure of space-time; Cambridge; Cambridge University Press; 1973

16) STEPHANI, Hans: Allgemeine Relativitätstheorie; 4. Auflage; Berlin; Deutscher Verlag der Wissenschaften

17) WALD, Robert M.: General Relativity; Chicago; The University of Chicago Press; 1984

18) BÜRGER, Wolfgang: Perpetua mobilia; In: CH-Z Technische Rundschau; 82. Jahrgang; Heft 19; 11. Mai 1990; Seiten 92 bis 97

19) MICHAL, Stanislav: Das Perpetuum mobile gestern und heute; 2. Auflage; Düsseldorf; VDI-Verlag; 1981

 
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