Техника - молодёжи 1988-10, страница 41

капли ни за что не догадаться, движется ли наша колба по инерции или же, находясь под влиянием «внешней силы», с ускорением падает на массивное тело. Более того, ртуть пребывает в шарообразном невесомом состоянии и на орбитальной космической станции, и в самолете, летящем в воздухе как артиллерийский снаряд, то есть в движениях, отличающихся от равномерного прямолинейного.

Как видим, одно явление наблюдается аж в четырех лабораториях — в свободно падающем лифте, в самолете, отсеках орбитальной космической станции и в звездолете, летящем по инерции. То есть как в поле тяжести, так и при его отсутствии материальные тела могут находиться в одинаковом механическом состоянии — в невесомости.

Правда, механики-теоретики скажут, что первые три движения не являются инерциальными, так как происходят «под действием силы тяготения». А вот последнее — определенно бессиловое. Так сказать, беспричинное. Ведь еще со времен Ньютона принято считать, что причиной неравномерных (ускоренных) и криволинейных (тоже ускоренных) перемещений является некая «действующая сила». Но так ли это?

Согласно динамическому учению Ньютона любая масса сопротивляется ускоряющему силовому действию. Однако есть простой опыт, позволяющий убедиться, что не в любом неравномерном движении материальное тело противится ускоряющей внешней силе. Судите сами.

Свяжем длинным тонким тросиком две одинаковые тележки. Пусть одна из них легко катится по горизонтальным рельсам, а другая служит приводом этого движения — тяготение вовлекает ее в ускоренное перемещение вниз по вертикали Попросим двух примерно равных по весу людей сесть в них. Застегнем ремни безопасности и установим ведущую тележку колесами на вертикальную стенку. Смельчак, находящийся в ней, понятно, повиснет лицом вниз.

Внимание: состав пришел в движение! Ведущая вагонетка стремительно падает по вертикали, а ведомая ускоренно бежит вслед за ней к краю пропасти. Что будут чувствовать исследователи? Верхний, понятно, ощутит перегрузку. Его вдавит в кресло инерция. Нижний, увлекаемый тяготением, определенно почувствует, что ремни у него на плечах ослабли. Однако он не избавится от ощущения, что ему приходится тащить за собой напарника.

Пусть теперь верхний испытатель включит реактивный двигатель своей тележки с тем, чтобы она бежала по горизонтали с ускорением, равным ускорению свободного падения. Понятно, что тросик, соединяющий тележки, совсем ослабнет. Нижний испытатель перестанет «тянуть лямку», но и кресла за спиной не почувствует. Он будет пребывать в невесомости — свободно падать. Верхнего же пассажира еще сильнее вдавит в кресло инерция реактивного происхождения.

Таким образом, два человека, перемещающиеся с одинаковыми по величине (но не по происхождению) ускорениями, будут испытывать совершенно разные ощущения. А ведь испытатели двигаются по одному и тому же кинематическому правилу, поскольку связаны ненатянутым тросом. Но один, ускоренно перемещающийся пассажир — верхний, ощущает инертность своего тела, а другой, падающий с таким же ускорением, ее не испытывает.

Возникает законный вопрос: а есть ли вообще инертное свойство у массы свободно падающего предмета? И является ли сила причиной его ускоренного движения?

Согласитесь: разница между двумя исследуемыми ускоренными движениями весьма существенна — масса, разгоняемая реактив

ной тягой, и такая же масса, ускоряемая силой тяжести, ведут себя неодинаково. Так почему же мы считаем так называемое инертное свойство материи универсальным? Скорее всего потому, что привыкли относиться к любой ускоряющей силе как к чему-то существенному, раз награждаем ее такими определениями, как «движущая», «действующая», «приложенная», «активная», «внешняя», «физическая», «всемирная», наконец. Между тем самостоятельно действующих сил в природе нет, они лишь моделируют различные свойства массы: упругость, инертность, тяжесть. Однако соединение (в рамках Ньютоновой модели гравитации) ускоряющей силы тяготения с пассивной сопротивляющейся инерционной силой приводит к одному парадоксу.

Знакомясь с теорией Ньютона, мы просто обязаны задаться вопросом: а всегда ли масса сопротивляется «действующей» силе, не желая ускоряться? Ведь несмотря ни на что, для одной из сил все же можно сделать исключение. Это знакомая всем сила тяготения.

Представьте: на ровной горизонтальной поверхности без движения лежит абсолютно твердое шарообразное тело (или материальная точка, если хотите). Из «активных» сил на тело действует лишь гравитационная. Она уже приложена, но еще не стала движущей. В любой момент эта сила вроде бы готова принять на себя инертность пробной массы.

39