Scroll een paar minuten door YouTube, TikTok of Instagram en de kans is groot dat je hem tegenkomt: de Perpetuum Mobile. Een ingenieus ogende constructie van magneten, tandwielen of zwaaiarmen die oneindig zou blijven draaien. En dat zónder been brandstof, stekker, of externe energiebron.
Het idee van de Pepetuum Mobile is niet nieuw. Sterker nog, mensen proberen dit al honderden jaren. En toch is er nog nooit eentje gebouwd die écht werkt. Hoe kan het dat dit concept zo aantrekkelijk blijft, terwijl de natuurkunde er al lang een dikke streep door heeft gezet?
Wat is een Perpetuum Mobile eigenlijk?
Een Perpetuum Mobile is een hypothetische machine die oneindig blijft bewegen of energie blijft leveren zonder energieverlies. Vaak worden ze ingedeeld in twee categorieën:
- Type 1: Een machine die energie uit het niets creëert. Dat botst direct met de eerste hoofdwet van de thermodynamica.
- Type 2: Een machine die bestaande energie volledig en zonder verlies omzet in arbeid. Die gaat in tegen de tweede hoofdwet van de thermodynamica.
Beide varianten klinken aantrekkelijk. Want wie wil er geen gratis energie, zonder CO₂-uitstoot, onderhoud of afhankelijkheid van grondstoffen? Maar helaas…
De eerste hoofdwet van Thermodynamica: energie ontstaat niet uit niks
Volgens de eerste hoofdwet van de thermodynamica, Δ𝑈 = 𝑄 −𝑊, kan energie niet uit het niets ontstaan of verdwijnen, alleen van vorm veranderen. Q is de energie die je het systeem in stopt, W de arbeid die de machine levert, en ΔU de verandering in de interne energievoorraad.
Hieruit blijkt dat een machine nooit structureel meer arbeid kan leveren dan er energie in gaat. Hoewel tijdelijke beweging zonder externe toevoer mogelijk is, verbruikt dit de interne voorraad (Δ𝑈), en zodra die op is, stopt het systeem onvermijdelijk.
Toch hoor je bij perpetuum mobiles vaak dat “de zwaartekracht het werk doet” of dat “magneten elkaar blijven aandrijven”. Maar zwaartekracht en magnetisme leveren geen energie (𝑄). Het zijn “gewoon” krachten die energie tijdelijk opslaan en weer afgeven. Over een volledige cyclus van de Perpetuum Mobile heffen winst en verlies elkaar precies op. Neem je daarbovenop de onvermijdelijke verliezen mee, zoals wrijving en luchtweerstand, dan blijft er niets over dat de beweging blijvend kan aandrijven.
De tweede hoofdwet van thermodynamica: waarom alles uiteindelijk stilvalt
Dan is er nog de tweede hoofdwet van de thermodynamica, die zegt dat bij elke energieomzetting de entropie toeneemt. Oftewel: er gaat altijd iets (in dit geval energie) verloren.
Zo wordt een lager wordt warm, vervormt een tandwiel microscopisch, en remt luchtweerstand af. Zelfs als je die effecten nauwelijks ziet, zijn ze er altijd. In elk realistisch systeem vindt energieverspreiding plaats, simpelweg omdat deeltjes zich van nature willen verdelen. Warmte stroomt spontaan van warm naar koud, nooit andersom, omdat dat statistisch veel waarschijnlijker is.
Daardoor raakt energie steeds verder “uitgesmeerd” over het systeem en de omgeving. Zonder voortdurende energie-input dooft elke beweging uiteindelijk uit.
Eeuwen van slimme, maar mislukte ontwerpen
Door de geschiedenis heen zijn er talloze pogingen gedaan om zo’n machine te bouwen.
Een voorbeeld hiervan is Johann Bessler, die in de18e eeuw claimde een werkend perpetuum mobile te hebben gebouwd, met behulp van een wiel en een ongelijke verdeling van gewichten. Zijn machine draaide wekenlang achter gesloten deuren.
Maar niemand mocht zijn apparaat onafhankelijk testen of onderzoeken. Toen er wel een poging werd gedaan, vernietigde Bessler zijn Perpetuum Mobile. Niemand mocht zijn geheim weten. Later kwam men erachter dat het wiel extern werd aangedreven vanuit een andere kamer, buiten het oog van toeschouwers.
Een anders voorbeeld is Newton’s Cradle, het rijtje van metalen balletjes. Trek één balletje naar achteren en aan de andere kant schiet er precies één weg. Hoewel het lijkt alsof energie hier perfect wordt doorgegeven, gaat bij elke botsing een klein beetje energie verloren. Daardoor worden de uitslagen steeds kleiner en komt het systeem uiteindelijk tot stilstand. Newton’s cradle is dus ook geen perpetuum mobile.
Hoe zit het met al die filmpjes?
De moderne variant van het Perpetuum Mobile leeft vooral online, in video’s met magneten, ronddraaiende armen of water dat zichzelf omhoog lijkt te pompen.
Deze video’s lijken te mooi om waar te zijn, en helaas zijn ze dat ook. Vaak gebeurt er een van de volgende dingen:
- De video stopt nét voordat de machine zou moeten blijven draaien
- Er is een verborgen motor, draad of externe kracht
- Of het systeem verliest langzaam snelheid, maar dat wordt genegeerd
The Practical Engineer demonstreert dat hier heel goed.
Conclusie
Een Perpetuum Mobile zal nooit werken. Niet vandaag, niet morgen, niet met “nieuwe magneten” of “slimmere lagers”. De natuurwetten staan (helaas) vast.
Maar de fascinatie is waardevol. Veel echte innovaties, van efficiëntere motoren tot betere lagers en energieterugwinning, komen voort uit dezelfde vraag: hoe halen we meer uit minder? Hoe maken we efficiëntere ontwerpen? En daar is het oneindige verlangen naar een Perpetuum Mobile erg goed voor!
Robert Dilber
Bronnen:
- Afbeelding perpetuum mobile Johann Bessler
- The Practical Engineer: “Het is gelukt: perpetuum mobile!” + afbeelding
- Devansh Mittal – “Perpetual Motion Machines — Why They Don’t Work?”
- Sideprojects – “The Most Incredible Attempts at Perpetual Motion Machines”
- PBS Space time – “The Impossibility of Perpetual Motion Machines”
