Инерция

Предположим, что вы стоите перед домом. Можете ли вы «заставить» его двигаться? Думаете, что нет? Тогда вы ошибаетесь. Для того чтобы привести здание в движение, достаточно пойти самому. Если вы направитесь в сторону от дома, то он начнет от вас удаляться. Удаляться — значит двигаться. Здание начнет двигаться относительно вас.

Поставим вопрос по-другому. Можете ли вы заставить двигаться дом ие относительно себя, а относительно какого-либо другого тела, например Земли, окружающих деревьев и т. д.? Вряд ли. Теперь для этого потребуется столь значительное действие, что у вас ничего не получится. А само собой здание относительно Земли двигаться не станет.

Тело, покоящееся относительно Земли, будет сохранять свое состояние покоя до тех пор, пока его не выведут из этого состояния другие тела.

Например, лежащий на земле мяч начнет двигаться тогда, когда на него налетит другой мяч или по нему ударят ногой. В отсутствие действия других тел мяч не придет в движение относительно Земли и будет продолжать оставаться на своем месте.

Уменьшение скорости движущегося тела и его остановка тоже не происходят сами собой. Для этого также нужно действие других тел. Например, скорость пули, пролетающей через доску, уменьшается благодаря действию на нее доски; катящийся мяч останавливается вследствие трения о землю и т. д.

Изменение направления скорости также происходит под действием каких-либо тел. Например, брошенный мяч меняет направление своего движения при ударе о стену или руку. Быстро бегущий человек, чтобы обогнуть дерево, хватается за него рукой (рис. 13).

Итак, для изменения скорости тела относительно Земли необходимо действие других тел.

А нужно ли действие других тел для поддержания скорости тела неизменной?

В IV в. до н. э. древнегреческий ученый Аристотель писал, что «всё движущееся необходимо бывает движимо чем-то». Это означает, что для поддержания движения необходимо постоянное действие какого-либо другого тела. Например, для того чтобы телега двигалась, ее постоянно должна тянуть лошадь. Перестанет тянуть — телега остановится. Причина движения кроется в действии, оказываемом на данное тело каким-либо другим телом,— так считал Аристотель и его последователи.

Научное наследство Аристотеля огромно. Оно состоит из многочисленных работ по логике, физике, философии, биологии, психологии, истории, эстетике, этике, политике и др. Александр Македонский, которому довелось учиться у Аристотеля, так отозвался о своем учителе: «Я чту Аристотеля наравне с моим отцом, потому что если отцу я обязан жизнью, то Аристотелю — всем тем, что дает ей цену».

Авторитет Аристотеля был настолько высок, что его взгляды на причины движения тел оставались господствующими в науке на протяжении двух тысяч лет! И лишь в XVII в., в основном благодаря исследованиям Галилея, выяснилось, что теория Аристотеля ошибочна.

Было установлено, что равномерное и прямолинейное движение может происходить и в отсутствие действия каких-либо тел.

Почему же тогда останавливается телега, которую перестает тянуть лошадь? Она останавливается не потому, что не способна двигаться сама по себе, а потому, что ее движению мешает действие земной поверхности (трение о землю). Если бы сопротивления движению не было, то она продолжала бы двигаться с постоянной скоростью и без лошади. Кстати, одним из первых, кто это понял, был современник Аристотеля китайский философ Мо-цзы. Уже тогда он писал: «Если нет противодействующей силы, движение никогда не приостановится. Это так же верно, как то, что бык — не лошадь». Однако учение этого философа просуществовало недолго. Уже во II в. до н. э. оно было полностью забыто.

Рассмотрим следующий опыт. На столе наклонно установлена доска. На поверхности стола насыпан песок. На наклонную доску ставят тележку и отпускают. Тележка, скатившись на стол и попав в песок, быстро останавливается (рис. 14, а). Причина остановки — сопротивление, оказываемое песком.

Уменьшим сопротивление, выровняв песок. Съехав с прежней высоты, тележка теперь, прежде чем остановиться, проедет большее расстояние (рис. 14, б). Если совсем убрать песок с пути тележки, то до остановки она пройдет еще большее расстояние (рис. 14, в). Следовательно, чем меньше действие другого тела на тележку, тем медленнее изменяется скорость ее движения, тем ближе ее движение к равномерному.

Как же будет двигаться тело, если на него совсем не будут действовать другие тела? Ответ на этот вопрос дал Галилей. Он писал: «Когда тело движется по горизонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивления движению, то... движение его является равномерным и продолжалось бы бесконечно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца».

Свой вывод Галилей обосновал следующим образом: «При движении по наклонной плоскости вниз наблюдается ускорение, а при движении вверх — замедление. Отсюда следует, что движение по горизонтали является неизменным, ибо... оно ничем не ослабляется, не замедляется и не ускоряется».

Движение, не поддерживаемое никакими телами, называют движением по инерции.

Любое тело, выведенное какими-то телами из состояния покоя, после прекращения действия этих тел продолжает двигаться по инерции.

Движение по инерции лежит в основе принципа действия взрывателей артиллерийских снарядов. Когда снаряд, ударившись о препятствие, резко останавливается, взрывной капсюль, находящийся внутри снаряда, но не связанный жестко с его корпусом, продолжает двигаться по инерции. Когда он наскакивает на жало взрывателя, происходит взрыв.

В земных условиях из-за трения и сопротивления среды движение по инерции происходит с уменьшающейся скоростью. После выключения двигателя автомобиль продолжает двигаться, но его скорость становится все меньше и меньше, и через некоторое время он останавливается. После вылета из винтовки пуля движется по инерции, но из-за сопротивления воздуха и ее скорость постепенно уменьшается.

В отсутствие действия других тел движение по инерции является равномерным и прямолинейным, т. е. происходит со скоростью, которая не меняется ни по величине, ни по направлению. Именно так, например, двигалась бы ракета вдали от всех небесных тел после выключения двигателей. Она продолжала бы лететь с той скоростью, которая была ей сообщена до этого.

1. Какое движение называют движением по инерции? 2. Приведите примеры движения по инерции. 3. Рассматривая движение тела по абсолютно гладкой поверхности (без трения), Галилей пришел к выводу, что «если после падения тела по любой наклонной плоскости наступает подъем, то... оно поднимается до той же степени возвышения или высоты над горизонтом, ...и притом не только в том случае, когда плоскости имеют одинаковый наклон, но и в том, когда они образуют разные углы». К какому следствию можно прийти, если продолжить эти рассуждения, опираясь на рисунок 15? 4. На одном из банкетов полковник Циллергут, персонаж романа Я. Гашека «Похождения бравого солдата Швейка», рассказал среди прочих следующую историю: «Когда кончился бензин, автомобиль вынужден был остановиться. Это я тоже сам вчера видел. А после этого еще болтают об инерции, господа!.. Ну, не смешно ли?» Противоречит ли история, рассказанная полковником Циллергутом, представлению об инерции? Почему? 5. На рисунке 16 показан способ насаживания молотка на рукоятку. Объясните его. 6. В какую сторону падает споткнувшийся человек? поскользнувшийся человек? Почему? 7. Как изменилась скорость движения вагонов, изображенных на рисунках 17, а и 17, б: увеличилась или уменьшилась?