Законы движения

Трение совершенно необходимо и неизбежно. Оно порождено тем, что мир материален и каждый предмет может двигаться только во взаимодействии с другими предметами, а трение является неизбежным следствием этого взаимодействия.

ЗАКОН ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Глава шестая

о третьем законе движения, который устанавливает самое основное условие возникновения силы

Дни Ньютона

Над своей книгой по механике «Математические начала натуральной философии» Ньютон начал работать примерно в 1679 году и закончил ее через семь лет, в 1686 году. Когда труд приближался к концу, Ньютон взял себе секретаря — земляка и однофамильца Гемфри Ньютона, который тоже окончил грэнтэмскую школу. Гемфри Ньютон переписывал книгу начисто, перед тем как отправить ее в печать.

Сохранился рассказ Гемфри Ньютона о своем великом однофамильце.

«Сэр Исаак был очень любезным, спокойным и скромным человеком; по-видимому, он никогда не впадал в раздражение; за исключением одного случая, я не видел, чтобы он смеялся…

Он постоянно был занят своей работой, редко ходил к кому-нибудь в гости или принимал у себя гостей.

Сэр Исаак не позволял себе никакого отдыха и передышки, не ездил верхом, почти не гулял, не играл в кегли, не занимался спортом; он считал потерянным каждый час, не посвященный занятиям.

Раньше двух — трех часов ночи он редко ложился спать, иногда засыпал в пять — шесть часов утра. Спал он всего четыре — пять часов. Днем он никогда не спал. Думаю, что его печалила необходимость тратить время на еду и сон.

Занятиями он увлекался настолько, что забывал обедать. Нередко, заходя в его комнату, я обнаруживал обед нетронутым на столе, и только после моего напоминания он стоя что-нибудь съедал. Я никогда не видел, чтобы он садился за стол сам, без напоминания.

Ньютон редко уходил из комнаты, за исключением коротких прогулок в саду и тех случаев, когда ему надо было читать лекции. Его лекции мало кто посещал и еще меньше того — понимал. Часто Ньютону приходилось читать лекции перед пустыми стенами. Не найдя на лекции ни одного слушателя, Ньютон через четверть часа возвращался обратно.

Иногда во время прогулки в саду Ньютон внезапно останавливался, взбегая по лестнице в свою комнату, и, подобно Архимеду, начинал писать за своим наклонным столиком, забывая сесть.

Судя по его озабоченности и постоянной работе, думаю, что он стремился перейти черту человеческой силы и искусства».

Так писал Гемфри Ньютон в своих воспоминаниях об Исааке Ньютоне.

Громадное напряжение всех сил, сосредоточенность и беспримерная настойчивость Ньютона позволили ему завершить книгу, озаглавленную «Математические начала натуральной философии». А натуральной философией в Англии и поныне называют физику. В своей книге Ньютон подвел итог всему, чего достигло человечество за две тысячи лет, прошедших после смерти Аристотеля. Все самое ценное, сделанное учеными за это время, нашло свое место в «Началах» Ньютона. Он отбросил ошибочное, проверил истинное, доделал незаконченное и изложил тысячелетний труд людей в одной книге.

Все рассказанное нами о трех законах движения составляет в книге Ньютона содержание всего лишь нескольких страниц и служит там чем-то вроде введения. В своей книге Ньютон доказал, что законы движения едины и одинаковы как для Земли, так и для небесных тел. Луна обращается вокруг Земли, планеты обегают Солнце, хвостатые странницы — кометы путешествуют в пространстве. и все небесные светила подчиняются тем же самым законам механики, которые действительны и для яблока, падающего с ветки, и для пыли, подхваченной вихрем на дороге, и для камня, брошенного человеческой рукой. В основе всякого механического движения, где бы оно ни совершалось, лежат простые и естественные законы.

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.