Движущиеся по инерции поезд, конькобежец и т. д. также выводятся из состояния покоя внешними силами. Только внешние силы могут вывести тело из состояния покоя или инерции.
Допустим, что каким-то образом нам удалось осуществить равномерное и прямолинейное движение, которое нам теперь не трудно представить.
Сообщим тому или иному телу, например движущемуся биллиардному шару, толчок, направленный в ту же сторону, в которую он движется.
Получив толчок, шар будет двигаться быстрее, и это ускорение после каждого нового удара будет непрерывно расти.
Такое движение мы можем назвать равномерно-ускоренным, вследствие того, что при нем скорость шара все время увеличивается на некоторую величину, называемую в механике ускорением. Направление движения всецело будет зависеть от направления полученного шаром удара.
Совершенно очевидно следующее положение: чем с большею силой мы ударим шар, тем большее увеличение получит его скорость, то-есть тем большее он будет иметь ускорение. Второй закон Ньютона как раз все это и предусматривает. Он гласит: «изменение движения какого-нибудь тела прямо пропорционально действующей силе и происходит в направлении ее действия».
Чем больше масса [7] тела, тем и большая сила потребуется, чтобы сообщить этому телу известное ускорение, и, наоборот, с уменьшением массы тела придется затратить соответственно меньшую силу для получения того же самого ускорения. Поясним это на конкретном примере. Вы поднимаете камень весом, скажем, в два килограмма и бросаете его с какой-то скоростью, затратив определенную силу. Чтобы бросить с той же скоростью камень весом в четыре килограмма, вам, естественно, надо будет затратить вдвое большую силу.
Не подлежит никакому сомнению то, что если обоим брошенным камням потребуется сообщить одинаковое ускорение, для чего необходимо будет приложить к ним дополнительные силы, то ко второму, в два раза большему камню вы обязательно приложите и вдвое большую силу.
Третий закон Ньютона имеет следующую формулировку: «всякому действию соответствует противодействие, равное ему по силе и противоположное по направлению». Сокращенно можно прочитать так: «действие равно противодействию».
Действие этого закона покажем на примерах, взятых из окружающей нас повседневной действительности.
Ударяя рукой по какому-нибудь твердому предмету, мы, чувствуем, как этот предмет с точно такой же силой «ударяет» по нашей руке.
Сила удара и сила противодействия со стороны предмета равны между собой и противоположны по направлению.
Всякий лежащий на столе предмет, каким бы малым весом он ни обладал, давит на крышку стола, которая, в свою очередь, с одинаковой силой оказывает обратное давление на этот предмет.
Стол, вместе со всеми находящимися на нем предметами, своей тяжестью действует на пол, также встречая с его стороны возвратное действие, равное и противоположное по направлению.
И, наконец, вся система, то-есть весь дом фундаментом давит на землю, которая оказывает соответствующее противодействие этому давлению.
Таких примеров можно было бы привести великое множество, но и приведенных вполне достаточно, чтобы не только понять, но и почувствовать или, как говорят, физически ощутить всю непреложность истины, выражаемой третьим законом Ньютона.
Все тела обладают способностью притягивать друг друга, что обусловливается действующей между ними силой притяжения, которая была открыта Ньютоном. Эта сила называется всемирным тяготением.
Действие всемирного тяготения распространяется на всю Вселенную, на все существующие в ней миры. Ее мы испытываем на нашей планете беспрерывно, в каждый данный момент времени.
Сколько бы усилий мы ни прилагали, чтобы оттолкнуться от земли и взлететь вверх, нам это не удается. Сила тяготения вызывает наше неизбежное падение на землю.
Благодаря силе тяготения все тела имеют вес, величина которого зависит от их массы и от места расположения их на земной поверхности [8].
Чем больше масса тела, тем больше и его вес, тем с большей силой это тело притягивается землею, тяготеет к ней. И, наоборот, чем меньшей массой обладает тело, тем с меньшей силой оно тяготеет к земле, имея соответственно меньший вес.
Всемирное тяготение, наблюдаемое в условиях нашей планеты, когда все тела подвергаются действию силы притяжения, направленной к центру земли, называется еще поэтому земным тяготением или земным притяжением.
7
Количество вещества или материи, которое содержится в каком-либо теле, называется массой этого тела.
8
По мере приближения к полюсам земли, вследствие постепенного уменьшения центробежной силы, вес тела увеличивается. Максимальная его величина имеет место на полюсах, минимальная — на экваторе.