Совершенно естественно, что после этого Ньютон задал себе вопрос:
— А что случится с телом, когда на него подействует какая-либо внешняя сила?
Ответ был прост и ясен, его подсказывала повседневная практика: если тело покоилось, то оно придет в движение, а если двигалось, то изменится его скорость — движение замедлится или, наоборот, ускорится. При этом может измениться и направление движения. Все зависит от того, куда будет направлена действующая сила: если по направлению движения, то оно ускорится, если против — замедлится. А если сила действует беспорядочно, то и движение будет изменяться самым причудливым образом. Так бывает, например, когда осенний ветер гонит опавшую листву. Он то даст листьям полежать спокойно, то подхватывает, несет и кружит, вздымает ввысь и снова бросает наземь.
И Ньютон установил свой второй закон движения — один из основных законов механики:
«Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит в направлении той прямой, по которой эта сила действует».
Говорят иногда и так: «Ускорение тела прямо пропорционально действующей на тело силе и обратно пропорционально массе этого тела».
Этот закон уничтожил остатки учения Аристотеля о движении. Аристотель и все его многочисленные последователи утверждали, что применение силы сообщает всем предметам определенную скорость. Ньютон вслед за Галилеем доказал иное: применение силы придает телам не скорость, а ускорение, то есть сила обязательно изменяет скорость, увеличивая ее или уменьшая.
Итак, сила изменяет скорость; сила создает ускорение, а ускорение — это и есть всякое изменение скорости: увеличение или уменьшение ее. Конечно, под действием силы скорость может возрастать и быстро и медленно. Чем больше сила, действующая на данное тело, тем быстрее возрастает скорость — тем больше ускорение. Ускорение появляется под действием силы.
Ньютон, а вслед за ним и остальные физики стали называть силой все, что изменяет скорость или направление движения. Сила тяжести также вызывает ускорение, и падение предметов является ускоренным движением.
Если на тело действует несколько сил, их можно суммировать и заменить одной — равнодействующей.
На практике почти всегда приходится видеть, что на тело действует сразу несколько сил. А тело двигается так, как будто имеется только одна сила — их равнодействующая.
Когда Галилей изучал ускоренное движение, скатывая шарики с наклонной плоскости, он ведь тоже имел дело с двумя силами: шарик катился под действием составляющей силы тяжести, а сила трения препятствовала движению. Так что Галилей изучал действие на шарики равнодействующей этих сил — их разности.
Два килограмма
Перипатетики, последователи Аристотеля, главным средством познания природы считали рассуждение. Они были способны часами так и сяк толковать о силах, но никогда не считали нужным их измерить. Современная наука, не отрицая пользы рассуждений, на первое место ставит опыты и точные измерения. Поэтому, прежде чем вести разговор о силах, надо условиться, как и чем их измерять.
Для измерения сил существует прибор, называемый динамометром.
Слово «динамометр» составлено из двух греческих слов: «динамис» — сила и «метр» — мера. Значит, динамометр — это силомер. Динамометр устроен точно так же, как пружинные весы: с одной стороны кольцо, с другой — крючок, внутри — пружина, которая соединена со стрелкой или с указателем, ползающим по шкале.
Динамометры отличаются друг от друга главным образом формой, размерами и силой пружин.
Есть динамометры, пригодные для измерения силы тяги паровозов, и маленькие лабораторные динамометры для точных измерений малых сил.
Различные динамометры.
Из всех сил природы самая распространенная — это сила тяжести, она всегда «под рукой». Поэтому ученые условились сравнивать с ней все остальные силы. Но так как сила тяжести не везде одинакова, то за образец принята сила тяжести, существующая в одном определенном месте земного шара.
За единицу силы принята сила, с которой притягивается к Земле гиря массой в один килограмм, расположенная на широте Парижа и на уровне моря.
Эта единица силы называется килограммом. А фактически это вес гири в один килограмм.
Таким образом, получилось два различных килограмма: единица массы называется килограммом, и единица силы — килограмм.
Единицы силы и веса совпадают, но в этом нет ничего удивительного: вес — тоже сила. Но единицы силы и массы обязательно надо различать. Поэтому килограмм массы обозначается кг, а соответствующую единицу силы пишут кГ.