Законы движения - [28]
Первый закон Ньютона устанавливает, что происходит с предметом, когда действующие на него силы уравновешены.
Второй закон показывает, что случится с телом, когда на него подействует неуравновешенная сила.
Третий закон указывает, при каком совершенно обязательном условии сила может возникнуть и подействовать на какое-либо тело; если это коренное условие отсутствует, то никакого действия не получится.
Готемский градоначальник
В Англии очень распространены шуточные рассказы о жителях Готема — сказочного города, из которого, по английским преданиям, расплодились по всему свету дураки. Рассказывают, что в Готеме долго не было градоначальника, потому что готемцы не знали, как среди глупых выбрать самого умного.
Однажды они увидели, что перед большой лужей на городской площади стоит человек и изо всех сил тянет сам себя за волосы кверху.
— Что ты делаешь? — спросили удивленные готемцы этого человека.
— А разве вы не видите? — отвечал им человек. — Я поднимаю сам себя за волосы, для того чтобы перенести свои ноги через эту лужу.
— О-о! — воскликнули готемцы. — Этот человек самый умный среди нас! — И они тотчас же выбрали его градоначальником.
Самый «умный» житель Готема.
Но разве может человек приподнять сам себя за волосы? Это просто немыслимо, нелепо, невозможно. Ни один предмет не в состоянии двигаться один сам по себе, всегда требуется участие другого тела. И то, что мы называем силой, есть результат взаимодействия между двумя различными предметами. Один предмет действует на второй, но и сам испытывает на себе действие второго. И в этом смысл и суть третьего закона движения.
В учебниках этот закон в краткой форме записан так: «Всякое действие вызывает равное и противоположно направленное противодействие».
Опыты Ньютона
Третий закон движения основывается на повседневной практике, на опыте людей; он так же естествен и прост, как и первые два закона, но уяснить его не так-то легко.
Когда Ньютон обдумывал свои первые два закона, он не ставил опытов — для доказательства этих законов было достаточно повседневных наблюдений и опытов других ученых, живших до него. Третий закон нуждался в доказательствах.
Чтобы действие третьего закона движения стало нагляднее и убедительнее, Ньютон предложил несколько опытов.
Из сухой дощечки ученый вырезал две совершенно одинаковые лодочки. Потом он налил в таз воды и пустил туда свои лодочки. В одну лодочку Ньютон положил маленький намагниченный стальной брусок, а в другую точно такой же брусок, но сделанный из простого железа. Обе лодочки Ньютон развел в стороны. Лодочку с железным брусочком он отпустил, а нагруженную магнитом придержал рукой на месте. Повинуясь притяжению магнита, железный брусок потянул свою лодочку, поплыл и вскоре пристал к магниту. Ничего удивительного в этом никто, конечно, не увидел. Уже тогда всем было известно свойство магнита притягивать к себе железные предметы.
Ньютон продолжал свой опыт. Он снова развел лодочки в стороны, но на этот раз удержал на месте лодочку, груженную железным бруском, а лодочку с магнитом отпустил в свободное плавание.
Теперь лодочка с намагниченным «пассажиром», чуть покачиваясь, поплыла к железному бруску.
Если бы Ньютон не знал, какой из брусочков намагничен, он в этом опыте не смог бы отличить их друг от друга: железо притягивалось к магниту точно так же, как магнит притягивался к железу.
Где магнит?
После этого Ньютон в третий раз развел лодочки к краям таза и отпустил их. Обе лодочки поплыли навстречу друг другу. Они столкнулись на середине таза и остановились.
Опыт убедил ученого, что магнит притягивает железо с такой же силой, с какой железо притягивает к себе магнит. И мы наблюдаем не действие магнита на железо или железа на магнит, а их взаимодействие.
Именно поэтому обе лодочки сейчас плавают в тазике так спокойно. Если между ними не было бы взаимодействия, рассуждал Ньютон, то опыт привел бы к иным результатам. Представим себе, что только магнит способен притягивать к себе железо. В этом случае лодочка с железным бруском поплывет к магниту, а лодочка с магнитом останется неподвижной. А затем должно произойти нечто невероятное — лодочка с железным бруском, подплывшая к магниту, стукнется о его лодочку и погонит ее в сторону со все возрастающей скоростью. Железо, притягиваемое магнитом, толкало бы его и двигало непрерывно вперед.
Но в действительности так не получается. Лодочки стоят посреди таза, тесно прижавшись друг к другу, нажимая своими краями друг на друга. Действие магнита встречает равное и противоположно направленное противодействие железа, то есть мы наблюдаем не действие одного предмета на другой, а их взаимодействие.
И Ньютон сформулировал свой третий закон:
«Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны».
Третий закон Ньютона очень часто называют законом действия и противодействия, но правильнее называть его законом взаимодействия, потому что сущность закона состоит именно во взаимодействии тел.
Содействие дороги
У бутс футболиста на подметках набиты толстые кожаные рубцы и сделаны выступы-шипы. У бегуна на туфлях тоже есть шипы, но уже металлические, тонкие и острые. А у альпиниста на подметках шипы почти такие же, как на лошадиных подковах. Ходить в альпийской или футбольной обуви неудобно, но зато бегать или лазить по горам очень хорошо.
