Квинтэссенция. Книга первая

Силы инерции совершенно реальные силы. Они играют ту же роль, как и остальные силы. Но применять это название следует не всегда, а лишь в том случае, если можно четко выделить, какое из взаимодействующих тел является ускоряющим, а какое ускоряемым. В примере, где два шара расталкиваются пружиной, шары равноправны, и здесь сила инерции связана с действием распрямляющейся пружины.

Вспомним, что в примере с поездом, когда рельс заставляет поезд поворачивать по дуге окружности, силу, развиваемую рельсом, мы называем центростремительной силой, а давление колес на рельс называем центробежной силой, иногда — центробежной силой инерции. Но от добавления этого слова ничто, как мы уже знаем, по существу, не изменяется.

Итак, Ньютон называл силой инерции ту силу, которая, возникая в ускоряемом теле, воздействует (в соответствии с третьим законом механики) на ускоряющее тело.

Обе силы — внешняя сила и сила инерции — в равной степени реальны и проявляются в деформации ускоряющего и ускоряемого тела.

ВТОРОЙ СМЫСЛ

Ньютон нигде не упоминает ни о каком ином смысле термина «сила инерции». Он, видимо, не знал о такой возможности. Но она существует.

Человек, слышавший о Теории относительности Эйнштейна, может быть, скажет: «Наверняка речь идет о Теории относительности. Там бывают всякие чудеса». Сказав это, он будет не прав.

Второй смысл термина «сила инерции» проявляет себя в обычной жизни. Нужно только внимательно присмотреться.

Давайте попробуем.

Возьмем камень и привяжем его к концу короткой веревки. Будем крепко удерживать веревку за второй конец и сильно бросим камень вперед. Веревка очень быстро распрямиться и задержит камень. В этот момент рука испытает сильный рывок.

Этого следовало ожидать. Ведь брошенный камень, выражаясь словами Ньютона, предоставлен самому себе и поэтому удерживает состояние равномерного прямолинейного движения. (Следуя Галилею, мы отвлекаемся от второстепенного, от действия силы тяжести и трения. На коротком пути они не успевают себя проявить). Сила инерции камня проявляется не только в тот момент, когда мы ускоряем его перед броском, но и когда сила руки через натянувшуюся веревку останавливает камень.

Все происходит в точном соответствии со взглядами Ньютона.

Теперь представим себе другую ситуацию. Проведем еще один мысленный опыт. Мы сидим в вагоне движущегося поезда лицом в сторону движения, а над нами на багажной полке лежит чемодан. Вдруг поезд резко останавливается. Мы испытываем толчок, а чемодан срывается с полки и, ударившись в противоположную стенку, падает на сидение.

Все это видит человек, стоящий недалеко от рельсов. Человек рассуждает: пока поезд двигался равномерно, чемодан двигался вместе с ним. Поезд внезапно остановился. Его остановили тормоза. Но чемодан не затормозило, на него не действовали никакие силы. Не удивительно, что он по инерции продолжал свое движение вперед и слетел с полки. Так и должно быть по первому закону Ньютона. Чемодан сохранил свое прямолинейное движение.

Но как должны относиться к этому мы, пассажиры?

Если поезд идет по современному «бархатному» пути, не имеющему неровностей и стыков, а окна закрыты плотными шторами, мы не смогли бы определить, двигается ли поезд с постоянной скоростью или стоит неподвижно. В обоих случаях чемодан, лежащий на полке, не перемещается по ней. Он неподвижен относительно вагона.

Здесь уместно вспомнить о мысленном опыте Галилея, проведенном им под палубой корабля. Но возвратимся в вагон поезда.

Вдруг происходит толчок, заставляющий нас наклониться. Одновременно чемодан, ранее неподвижно лежавший на полке, срывается с места и летит поперек купе.

Как объяснить это нам, убежденным в справедливости законов Ньютона и уверенным в том, что до толчка вагон был неподвижен?

Мы вынуждены предположить, что толчок вызван внезапным появлением новой силы, заставившей нас наклониться и вынудившей чемодан, лежавший до того неподвижно, прийти в движение.

Ведь, без проявления этой силы, чемодан не мог бы приобрести ускорение, а долен был оставаться неподвижно!

Но откуда взялась эта сила?

Мы не можем обнаружить никаких предметов, толкнувших чемодан. Даже если бы мы заранее знали о предстоящем толчке, мы не смогли бы обнаружить никаких деформаций чемодана, вследствие которых он начал двигаться.

Несмотря на очевидность, мы вынуждены признать появление новой силы. Силы, заставившей чемодан слететь с полки, а нас наклониться, словом, приведшей в движение все предметы, не прикрепленные к вагону. Причем действие этой силы не связано с деформациями тел, как это всегда бывает при действии сил инерции, введенных в науку Ньютоном.

Физики называют и эти силы силами инерции.

- Минутку, — вправе сказать внимательный читатель, — Ньютон и мы, следуя ему, назвали силами инерции совсем иное. Ведь Ньютон написал: «Эта сила проявляется единственно тогда, когда другая сила, к нему (в нашем случае к чемодану, Р.Ж.) приложенная, производит изменение в его состоянии».