Трудный закон

Ни один из трех основных законов механики не вызывает, вероятно, столько недоумений, как знаменитый "третий закон Ньютона" - закон действия и противодействия. Все его знают, умеют даже в иных случаях правильно применять,- и однако мало кто свободен от некоторых неясностей в его понимании. Может быть, читатель, вам посчастливилось сразу понять его,- но я, сознаюсь, вполне постиг его лишь десяток лет спустя после первого с ним знакомства.

Беседуя с разными лицами, я не раз убеждался, что многие готовы признать правильность этого закона лишь с существенными оговорками. Охотно допускают, что он , верен для тел неподвижных, но не понимают, как можно применять его к взаимодействию тел движущихся... Действие,- гласит закон,- всегда равно и противоположно противодействию. Это значит, что, если лошадь тянет телегу, то и телега тянет лошадь назад с такой же силой. Но ведь тогда телега должна оставаться на месте: почему же все-таки она движется? Почему эти силы не уравновешивают одна другую, если они равны?

Таковы обычные недоумения, связанные с этим законом. Значит, закон неверен? Нет, он безусловно верен; мы только неправильно понимаем его. Силы не уравновешивают друг друга просто потому, что приложены к разным телам: одна - к телеге, другая - к лошади. Силы равны, да,- но разве одинаковые силы всегда производят одинаковые действия? Разве равные силы сообщают всем телам равные ускорения? Разве действие силы на тело не зависит от тела, от того "сопротивления", которое само тело оказывает силе?

Если подумать об этом, станет ясно, почему лошадь увлекает телегу, хотя телега тянет ее обратно с такой же силой. Сила, действующая на телегу, и сила, действующая на лошадь, в каждый момент равны; но так как телега свободно перемещается на колесах, а лошадь упирается в землю, то понятно, почему телега катится в сторону лошади. Подумайте и о том, что если бы телега не оказывала противодействия движущей силе лошади, то... можно было бы обойтись и без лошади: самая слабая сила должна была бы привести телегу в движение. Лошадь затем и нужна, чтобы преодолевать противодействие телеги ³.

³ (При равномерном движении телеги требуется прикладывать некоторую силу (это задача лошади), чтобы преодолевать силу трения, которая противодействует движению телеги.

С объяснением у Перельмана парадокса "лошадь - телега" можно поспорить. Конечно, силы приложены к разным телам: к лошади и к телеге. Но между ними существует жесткая связь - упряжка. И с этой точки зрения лошадь и телегу можно рассматривать как единое тело. Движение лошади с телегой легко объяснить, если мы обратим внимание на то, как действует земля, т. е. реакция опоры, на эти два объекта. Если бы не было опоры под ногами лошади, а она отталкивалась бы от телеги, то сколько бы лошадь не старалась и сколько бы возница не погонял ее кнутом, этот странный экипаж никуда бы не уехал (см. статью "Можно ли двигаться без опоры?" на с. 20).)

Все это усваивалось бы лучше и порождало бы меньше недоумений, если бы закон высказывался не в обычной краткой форме: "действие равно противодействию", а, например, так: "сила противодействующая равна силе действующей". Ведь равны здесь только силы,- действия же (если понимать, как обычно понимают, под "действием силы" перемещение тела) различны, потому что силы приложены к разным телам.

Точно так же, когда полярные льды сдавливали корпус "Челюскина", его борта давили на лед с равной силой. Катастрофа произошла оттого, что мощный лед оказался способным выдержать такой напор, не разрушаясь; корпус же судна, хотя и стальной, но не представляющий собой сплошного тела, поддался этой силе, был смят и раздавлен. (Подробнее о физических причинах гибели "Челюскина" рассказано далее)

Даже падение тел подчиняется закону противодействия. Яблоко падает на Землю оттого, что его притягивает земной шар; по точно с такой же силой и яблоко притягивает к себе всю нашу планету. Строго говоря, яблоко и Земля падают друг на друга, но скорость этого падения различна для яблока и для Земли. Равные силы взаимного притяжения сообщают яблоку ускорение 10 м/с², а земному шару - во столько раз меньшее, во сколько раз масса Земли превышает массу яблока. Конечно, масса земного шара в неимоверное число раз больше массы яблока, и потому Земля получает перемещение настолько ничтожное, что практически его можно считать равным пулю. Оттого-то мы и говорим, что яблоко падает на Землю, вместе того чтобы сказать: "яблоко и Земля падают друг на друга"^*.

^* ( О законе противодействия см. также в гл. 1 моей "Занимательной механики".)