Fisika untuk Hiburan 19 (Cairan): Mesin Perpetual Palsu

Saya mengamati bahwa alat yang bisa menjelaskan tentang gerak perpetual "berbatas waktu" yang mudah ditemukan adalah sebuah pendulum Newton (lihat foto judul).

Majalah Popular Science edisi Oktober 1920, tentang gerakan perpetual. Sumber: Norman Rockwell

Catatan:
Mestinya mesin perpetual dimasukkan ke dalam topik Gerak, namun karena mesin perpetual yang diuraikan oleh Perelman dalam buku Physics for Entertainment jilid 1 ditenagai oleh air, maka dia memasukkannya ke dalam topik Cairan.

Gerak Perpetual
Gerak perpetual (gerak abadi atau terus menerus) adalah gerak benda yang berlangsung selamanya dalam sistem yang tidak terganggu (unperturbed system).

Mesin Perpetual
Mesin perpetual adalah mesin hipotetik yang bisa melakukan pekerjaan tanpa batas tanpa sumber energi eksternal. Mesin semacam ini tidak mungkin, karena akan melanggar hukum termodinamika I atau II, atau dua-duanya.

Hukum termodinamika berlaku tanpa tergantung pada ukuran sistem. Misalnya, gerakan dan rotasi benda angkasa seperti planet mungkin tampak perpetual, tetapi sebenarnya tunduk pada banyak proses yang secara perlahan menghilangkan energi kinetiknya, seperti angin matahari, resistansi medium antarbintang, radiasi gravitasi, dan radiasi termal, sehingga tidak akan terus bergerak selamanya.

Mesin Perpetual Palsu

Mesin "perpetual" yang tidak eksis. Sumber: buku Physics for Entertainment, Book 1, hlm. 90.

Alat yang ditunjukkan pada gambar di atas disebut sebagai mesin "perpetual" asli. Minyak (atau air) yang dituangkan ke dalam bejana pertama-tama diserap oleh sumbu-sumbu ke dalam satu bejana dan kemudian oleh lebih banyak sumbu ke bejana lain yang lebih tinggi. Bagian atas bejana memiliki outlet beralur di mana minyak mengalir ke roda dayung dan membuatnya berputar.

Dari tangki bawah, minyak kembali diserap oleh sumbu-sumbu ke atas. Dengan demikian, minyak tidak pernah berhenti mengalir ke roda dayung, dan membuat roda itu berputar untuk selama-lamanya.

Jika orang yang menggambarkan alat ini bersusah payah untuk membuatnya, mereka akan menyadari bahwa tidak ada setetes minyak pun yang akan mencapai bejana atas, apalagi membuat roda berputar. Kita tidak perlu membuat alat ini untuk menyadari bahwa hal itu memang demikian.

Sebenarnya, mengapa si inventor itu berpikir bahwa minyak harus mengalir dari bagian sumbu atas yang bengkok? Memang benar bahwa gaya kapiler, setelah mengatasi gaya gravitasi, mengangkat minyak ke atas sumbu, tetapi gaya-gaya yang sama inilah yang mencegah minyak dalam pori-pori sumbu sehingga tidak keluar.