Михаил Ивановский - Законы движения

Повседневная жизнь чуть ли не на каждом шагу напоминает о наличии у всех предметов инерции и о связи ее с их массой… Ни одна машина, будь то автомобиль, самолет, паровоз или пароход, не могут сразу, с места, развивать полную скорость. Им обязательно нужен разбег, разгон — некоторое время, чтобы набрать ее. Тяжелые пассажирские самолеты взлетают медленно, с трудом набирая высоту. Легкие спортивные самолеты вследствие меньшей массы взлетают сравнительно легко и быстрее набирают скорость.

Учитывать инерцию приходится и начиная движение, и прекращая его. Никакая машина даже с самыми усовершенствованными тормозами не может остановиться сразу как вкопанная. Велосипедов, мотоциклов или автомобилей с «мертвыми тормозами» не бывает. Чтобы остановить машину, затормозить ее движение, нужно некоторое время, а за это время автомобиль пройдет какое-то расстояние, называемое тормозным путем.

Тормозной путь на хорошей и сухой дороге при скорости автомобиля в сорок километров в час равен примерно десяти-двенадцати метрам. Следовательно, если невнимательный водитель заметит впереди себя препятствие на расстоянии меньшем десяти — двенадцати метров и мгновенно схватится за тормоз, он все равно не избежит аварии, потому что тормоза не успеют полностью погасить скорость автомобиля. Если же дорога скользкая — мокрая или обледеневшая, то машина может разбиться о препятствие. Вот почему водитель обязан быть всегда настороже и помнить об инерции своей машины.

Инерция не только коварный враг неосторожного и неопытного водителя, она — друг умелого. Например, хороший шофер издали оценивает расстояние до препятствия, перекрестка, переезда или остановки и заблаговременно «сбрасывает газ», а то и вовсе выключает двигатель, предоставляя автомобилю спокойно катиться по инерции — ехать «за счет Ньютона», не расходуя в это время ни капли бензина.

Инерция заставляет падать невнимательных людей, когда они идут, не глядя под ноги, и спотыкаются, зацепившись за неровности почвы. Она же валит пассажиров троллейбуса, когда водитель чересчур резко тормозит или рывком берет с места.

Троллейбус резко затормозил.

Инерция заставляет снабжать двигатели маховиками, если эти двигатели обладают неравномерным ходом, и, чем неравномернее ход машины, тем больше и массивнее должен быть маховик.

Инерция вместе с силой тяжести заставляет раскачиваться маятники часов, и она же позволяет хозяйкам выколачивать пыль из мягких вещей.

Такие сравнительно неуклюжие машины, как танк, способны «прыгать» через препятствие. Предварительно разогнанная до большой скорости машина по инерции перелетает через ров или обрыв.

Инерцию человечество знало давным-давно, но суть этого явления стала понятна, когда его изучил Галилей, а за ним Ньютон облек в форму закона.

Своим первым законом движения Ньютон определил, что происходит с предметом, если действующие на него силы уравновешены.

Такой предмет либо движется прямолинейно, либо остается в покое.

Совершенно естественно, что после этого Ньютон задал себе вопрос:

— А что случится с телом, когда на него подействует какая-либо внешняя сила?

Ответ был прост и ясен, его подсказывала повседневная практика: если тело покоилось, то оно придет в движение, а если двигалось, то изменится его скорость — движение замедлится или, наоборот, ускорится. При этом может измениться и направление движения. Все зависит от того, куда будет направлена действующая сила: если по направлению движения, то оно ускорится, если против — замедлится. А если сила действует беспорядочно, то и движение будет изменяться самым причудливым образом. Так бывает, например, когда осенний ветер гонит опавшую листву. Он то даст листьям полежать спокойно, то подхватывает, несет и кружит, вздымает ввысь и снова бросает наземь.

И Ньютон установил свой второй закон движения — один из основных законов механики:

«Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует».

Говорят иногда и так: «Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела».

Этот закон уничтожил остатки учения Аристотеля о движении. Аристотель и все его многочисленные последователи утверждали, что применение силы сообщает всем предметам определенную скорость. Ньютон вслед за Галилеем доказал иное: применение силы придает телам не скорость, а ускорение, то есть сила обязательно изменяет скорость, увеличивая ее или уменьшая.

Итак, сила изменяет скорость; сила создает ускорение, а ускорение — это и есть всякое изменение скорости: увеличение или уменьшение ее. Конечно, под действием силы скорость может возрастать и быстро и медленно. Чем больше сила, действующая на данное тело, тем быстрее возрастает скорость — тем больше ускорение. Ускорение появляется под действием силы.

Ньютон, а вслед за ним и остальные физики стали называть силой все, что изменяет скорость или направление движения. Сила тяжести также вызывает ускорение, и падение предметов является ускоренным движением.

Если на тело действует несколько сил, их можно суммировать и заменить одной — равнодействующей.

На практике почти всегда приходится видеть, что на тело действует сразу несколько сил. А тело двигается так, как будто имеется только одна сила — их равнодействующая.

Когда Галилей изучал ускоренное движение, скатывая шарики с наклонной плоскости, он ведь тоже имел дело с двумя силами: шарик катился под действием составляющей силы тяжести, а сила трения препятствовала движению. Так что Галилей изучал действие на шарики равнодействующей этих сил — их разности.

Перипатетики, последователи Аристотеля, главным средством познания природы считали рассуждение. Они были способны часами так и сяк толковать о силах, но никогда не считали нужным их измерить. Современная наука, не отрицая пользы рассуждений, на первое место ставит опыты и точные измерения. Поэтому, прежде чем вести разговор о силах, надо условиться, как и чем их измерять.