По следам сенсаций

Шутки шутками, а редактору хоть плачь. И вот идёт он, умудрённый горьким опытом, рыться в библиотеку, в патентное бюро, отрывает от дел консультантов. Легко сказать: четвёртый закон! Это тебе не «Четвёртый позвонок». И вдруг — что такое? Из энциклопедии (должно быть, Брокгауза и Ефрона) он узнаёт, что наряду с классической механикой Ньютона существует теория упругости, возраст которой превышает столетие. Она рассматривает и явление удара, причём некоторые мысли, высказанные около века назад, каким-то чудесным путём, в обход всех законов сохранения, передались автору гипотезы и фигурируют у него в качестве откровений. Тут уж до удара недалеко. До апоплексического. Без коэффициента восстановления вообще…

Впрочем, шутки в сторону.

В противоположность классической механике теория упругости считает, что реальные тела обладают не абсолютной, а вполне определённой конечной жёсткостью. Напряжения при ударе распространяются по реальным телам не с бесконечно большой, а с какой-то конечной скоростью. Следовательно, удар представляет собой процесс, протекающий во времени, а не мгновенный, как принимается в классической механике.

— Исходя из этих положений, ещё задолго до нас, — подчёркивает Александров, — исследователи ставили под сомнение неизменность коэффициента восстановления.

Первым скептиком был Сен-Венан. Это он нашёл, что процесс соударения вопреки ньютоновской механике не мгновенен, а протекает во времени. И что коэффициент восстановления не обязательно равен единице, если даже соударение вполне упругое.

А в начале нашего века А. Ляв, отталкиваясь от результатов Сен-Венана, пришёл к убеждению, что коэффициент восстановления не обязательно равен единице, если даже удар вполне упругий. Учёный вывел формулу: изменяясь, этот показатель всегда должен быть равен отношению длин соударяющихся тел. Увы, несмотря на поддержку со стороны некоторых учёных, идеи Сен-Венана не получили признания «как не подтверждающиеся экспериментом» (слова, взятые в кавычки, заимствованы из книги академика А. Н. Динника, изданной в 1952 году).

Вскоре после Сен-Венана другой исследователь, Сире, уже не теоретически, а экспериментально получил прыгающие коэффициенты для вполне упругого соударения: от 1 до 0,449. И записал: «Этот результат, несомненно, очень удивителен». Но очередная попытка исправить Ньютона оказалась чересчур робкой и не была доведена до конца.

Что же сделали советские учёные?

Прежде всего доказали, что нападки верноподданных классической механики на теорию Сен-Венана, мягко выражаясь, несправедливы. Заключения Сен-Венана верны, правда, лишь для случая, когда сталкиваются стержни равного и постоянного сечения. Поверхности контакта должны быть идеально плоскими и идеально параллельными. Добиться такой сверхпрецизионной точности на практике невозможно. Вот почему вывод Сен-Венана был забракован, хотя блюстителям неприкосновенности классических принципов следовало бы помнить, что закон инерции опытом тоже не подтверждается. Ибо на практике нельзя полностью исключить трение. И в реальном мире тела, предоставленные самим себе, не сохраняют «равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку» и так далее, по Ньютону.

Проверяя формулу Сен-Венана, Е. Александров одновременно и подтвердил и опроверг её. Если торцы у стержней плоские, она верна. Но чем более округлы соударяющиеся поверхности, тем шире расхождение. Правда, опыты, над стержнями с закруглёнными концами ставил и Сире. Но, во-первых, стержни у него были одинаковой и всюду равной толщины. Во-вторых, кривизна контактных поверхностей варьировалась в узком масштабе. Ограниченность экспериментальных данных удержала учёного от смелых обобщений. Если же условия опыта изменить ещё сильнее — скажем, сталкивая стержни различных диаметров, — то и те скромные выводы, на которых остановились Сен-Венан и Сире, окажутся совершенно неприемлемыми.

Бесспорной заслугой советского учёного следует признать существенную теоретическую поправку к классическим представлениям, безраздельно господствовавшим три столетия, несмотря на неоднократные попытки поколебать их. Была окончательно выяснена — как теоретически, так и экспериментально — физическая сущность поведения соударяющихся тел. Что же касается злополучного коэффициента восстановления скорости, то он, по словам самого автора, при упругом ударе зависит от формы соударяющихся тел и соотношения их масс.

Всего три строчки! А за ними многолетний и многотрудный путь к открытию. К открытию, которое заставит конструкторов пересмотреть привычные схемы расчёта. Где? Да почти везде. В любой области техники приходится иметь дело с явлениями удара. Железнодорожные рельсы. Заклёпки мостов. Прессы. Кузнечные агрегаты. Паровые молоты. Шаровые мельницы. Вибростенды. Даже цимбалы! А упомянутый Дэвисом эффект отбойного молотка, помогающий снаряду пробивать толстую броню? А катапультирование? А гусеницы, грохочущие по брусчатке праздничной Красной площади? Наконец, смешные прыгающие тягачи — прообраз будущих луномобилей…