Законы движения

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.

Когда человек идет или бежит, его ноги должны отталкиваться от земли и встречать со стороны дороги равное и противоположно направленное противодействие; иначе говоря, ноге нужно иметь хороший упор. Если же упор окажется недостаточен, то и бегун не сможет двигаться в полную силу.

Очень трудно бежать по рыхлому, зыбкому песку, по вязкой мокрой глине или по земле, покрытой корочкой гололеда. По такому грунту не то что бежать — даже ходить трудно. На рыхлом песке человек тратит много усилий, чтобы каждым своим шагом уплотнять песок, прежде чем он окажется способным дать ноге необходимый упор. А на глине ноги вязнут и расползаются, приходится с усилием отрывать ногу от липкой грязи. На скользком льду катка или во время гололедицы ходить приходится с опаской, слишком легко поскользнуться и упасть — лед не дает ноге надежного упора.

Чтобы быстро бегать, мало иметь резвые ноги. Спортивный успех зависит не только от «действия» ног, но и от содействия дороги.

Об этом содействии заранее заботятся строители стадионов и спортивных площадок: они засыпают беговые дорожки гарью — золой из паровых котлов. Гарь — прекрасный материал; она достаточно тверда, свободно пропускает воду и почти не впитывает ее, всегда суха, легко поддается уплотнению под шипами на туфлях бегунов и не позволяет ногам скользить.

Шипы, вдавливаясь в поверхность дорожки, обеспечивают полезное трение и позволяют твердо ставить ногу, а нога, встречая надежный упор в грунте, использует всю свою силу, чтобы от него оттолкнуться. Таким образом небольшая потеря на трение шипов при вдавливании их в гарь с лихвой возвращается бегуну благодаря надежному взаимодействию с дорогой.

С этой же целью — получить хорошее сцепление с дорогой — колеса и гусеницы тракторов также снабжают шипами, протекторы автомобильных шин делают узорчатыми, а лошадей подковывают. Однако на скользкой или грязной дороге автомобильные шины часто теряют сцепление с дорогой и начинают буксовать, крутятся на месте, разбрызгивая грязь, а автомобиль не продвигается ни на шаг. Шоферы, когда им предстоит перегон по плохой дороге, предварительно обматывают колеса цепями, и тогда автомобиль легче преодолевает трудные участки пути. Современные грузовые автомобили имеют не одну ведущую ось, а две и цепляются за дорогу всеми четырьмя колесами. Такое устройство, как говорят специалисты, повышает «проходимость» автомобиля.

Способность любой транспортной машины передвигаться зависит не только от мощности ее двигателя, но, в той же степени, и от состояния пути.

«Пешком» по столбу

Связисты и электромонтеры, которым постоянно приходится взбираться на телеграфные столбы, носят с собой очень простое приспособление, называемое «кошками». «Кошки» — это две железные дуги с острыми зубцами и площадочкой для ноги; они похожи по форме на серпы или на большие рога жука-оленя.

Связист надевает «кошки» на ноги и, ковыляя, потому что передвигаться по земле в «кошках» очень неудобно, подходит к столбу. Тут он охватывает одной «кошкой» столб, ее шипы врезаются в дерево. Связист, придерживаясь руками за столб, переносит всю тяжесть своего тела на «кошку» и одновременно закидывает вторую «кошку» так, чтобы она вцепилась повыше первой. Затем он переносит тяжесть тела на вторую «кошку», а первую переставляет еще выше. Так он «шагает» по гладкому вертикальному столбу, как по лестнице. Острые зубцы «кошек» обеспечивают связисту надежное взаимодействие со столбом — дают ноге хороший упор. Не было бы взаимодействия со столбом — и связист не мог бы влезть на него.

«Пешком» по столбу.

Словом, все, что бегает, ползает, прыгает, шагает, летает, плавает, лазает, может двигаться только потому, что находится во взаимодействии с землей, водой, воздухом, рельсами, стволами деревьев, столбами, веревками или лианами в тропическом лесу.

Во всех случаях, без всякого исключения, действие одного предмета всегда встречает равное и противоположно направленное ответное действие (противодействие) со стороны других окружающих предметов.

Слово «противодействие», которое употребил Ньютон, не нужно понимать буквально — ответное действие, оказываемое движущемуся предмету, отнюдь не мешает ему, не действует напротив или наперекор, а, наоборот, именно оно помогает, содействует его движению. Просто появляется сила противодействия, направленная противоположно силе действия.

При этом надо заметить, что действие и ответное действие во всех случаях бывают приложены к разным предметам: действие — к земле, воде, воздуху, рельсам, веревкам, столбам, к асфальту шоссе и так далее, а ответное действие — к ногам, лапам, колесам, копытам, гусеницам, крыльям, плавникам, пароходным винтам, к пропеллерам самолетов и «кошкам» связистов…

Вывод несколько удивительный. Получается, что мы движемся не столько в силу нашего действия, сколько в силу ответного действия. Когда мы ходим, усилия наших ног направлены на то, чтобы толкать землю, а идем, движемся вперед только потому, что нас толкает земля. Может быть, такой вывод покажется странным, но это так и есть. В Мире без трения, то есть без взаимодействия между телами, человек мог бы только перебирать ногами, но никогда не сумел бы сдвинуться с места.

Когда человек идет, он не замечает, как его «толкает» земля. Всякому кажется, что он сам ходит, но это маленькое заблуждение объясняется тем, что свое действие он сам направляет, оно бросается в глаза, а ответное действие не привлекает внимания. Но можно сделать так, что прямое и ответное действия станут одинаково заметны.

Белка в колесе

Представим себе, что на рельсах стоит длинная и легкая тележка. Ее оси вращаются в шарикоподшипниках. Подшипники хорошо смазаны, и потому тележка способна перекатываться с одного конца рельсов к другому почти без всякого трения.

На этой тележке, с одного ее края, стоит человек. Попросим этого человека пробежать по тележке к другому ее концу. И как только человек побежит, тележка тоже придет в движение: она покатится в сторону, противоположную движению человека. Человек остановится — и остановится тележка. Человек побежит обратно — и тележка покатится в другую сторону.