Квинтэссенция. Книга первая

Мы останавливаемся на этом различии с таким вниманием потому, что здесь проявляется принципиальное продвижение Ньютона в понимании сущности сил инерции. Таким образом, если тело движется с ускорением, то на него обязательно действует другое тело. Но и это другое тело испытывает силу, исходящую от ускоряемого тела. Эта сила и есть сила инерции. Например, когда поезд движется по криволинейному пути, то реборды колес испытывают со стороны внешнего рельса силу, заставляющую колеса отклониться от прямого пути и следовать за поворотом рельса. (Реборда — это выступ на внутренней стороне обода железнодорожного колеса).

Здесь может возникнуть вопрос: почему две равные силы, направленные в противоположные стороны, не гасят одна другую? Следуя Ньютону, мы должны ответить: эти силы приложены к разным телам.

Забегая вперед заметим, что здесь речь идет только о механических силах, возникающих при непосредственном соприкосновении тел. Силах, порождаемых деформациями соприкасающихся тел. Читатель, несомненно, знает о существовании других сил. Не нарушаются ли для них законы механики? К этому мы обратимся позже.

Возвратимся к поезду. Поезд испытывает ускорение, направленное внутрь поворота за счет давления со стороны деформированного металла рельса, расположенного с внешней стороны поворота. Можно сказать, что этот рельс является ускоряющим телом, а поезд — ускоряемым. Но деформирован не только рельс, но и реборда катящегося по нему колеса. Давление деформированного колеса на рельс совпадает с центробежной силой инерции. Но можно назвать это давление просто центробежной силой потому, что она направлена от центра закругления пути вовне. Слово «инерция» не придает этой фразе никакого дополнительного смысла.

Взаимодействие рельса с колесом полностью удовлетворяет третьему закону Ньютона: сила давления рельса на колесо точно равна по величине и противоположна по направлению силе давления колеса на рельс.

С этой точки зрения сила инерции ничем не отличается от других сил, возникающих вследствие деформации упругих тел. Подобные деформации хорошо видны, если речь идет о пружинах, но требуют внимания, если упругость велика, как в случае рельса. Однако посмотрев на внешний рельс, легко заметить, что его внутренняя часть блестит. Именно здесь рельс воспринимает давление реборды колеса.

Если еще раз всмотреться в цепочку связанных между собой взаимодействий, неизбежно возникает вопрос: почему именно рельс заставляет поезд двигаться вдоль поворота, изменять направление своего движения; почему поезд не принуждает рельс перейти от неподвижности к движению?

Как ты ответишь, читатель?

Наверное, ты укажешь, что рельс удерживают от движения костыли (так железнодорожники называют предметы, напоминающие большие гвозди). Костыли вбиты в шпалы, не дающие им возможности сдвинуться. Шпалы удерживает щебенка (железнодорожники говорят — балласт). Так рельсы оказываются прочно связанными с Землей. А масса Земли столь велика, что мы попросту не замечаем ее движения.

Но если костыли недостаточно прочно связаны со шпалами, рельс опрокинется и произойдет крушение. Ничто не будет мешать поезду двигаться прямолинейно по касательной к повороту. Колеса паровоза зароются в грунт, паровоз опрокинется. Так начинаются многие аварии.

Теперь еще один мысленный опыт: сожмем спиральную пружину и свяжем ее концы ниткой. Затем прислоним к каждому ее концу по одинаковому шарику и пережжем нитку. Пружина, распрямляясь, будет толкать оба шарика. Скорость шариков будет возрастать до тех пор, пока пружина распрямляется. Все происходит в соответствии со вторым законом Ньютона. Одинаковые шарики ускоряются одинаково. Не имеет смысла говорить о том, что один является ускоряющим, а другой ускоряемым. Поэтому говорить в этом случае о силах инерции нужно с осторожностью. Инерция обоих шариков проявляется под действием на них пружины. Сила пружины выявляет «врожденную силу материи» — силу инерции шариков.

Хочется сказать — шарики, вследствие инерции, сопротивляются ускорению. Но это не правильно.

С равным правом можно было бы вместо слова «сопротивляются» сказать «не хотят ускоряться». Но слова «не хотят» лишены смысла, если их применяют к неодушевленным предметам!

Создатель электродинамики Д. Максвелл, поясняя эту ситуацию, пошутил: нельзя сказать, что кофе сопротивляется или не хочет стать сладким вследствие того, что оно не становится сладким само по себе. Для этого в кофе нужно положить сахар!

Не следует говорить, что предмет сопротивляется ускорению лишь потому, что для придания ему ускорения — необходимо приложить к нему силу.

Иногда говорят, что при таком подходе силы инерции становятся не реальными, что так отрицается само существование сил инерции.

Это, конечно, заблуждение.