нибудь момент времени, однажды, был неподвижен. Сделаем из этого интересные выводы.
1. Не может быть такой машины, которая бы могла придать поступательное движение системе, не имевшей его раньше. Части машины и системы тел могут иметь какое угодно бесконечно ложное и переменное движение, а центр тяжести ее останется неподвижным, несмотря ни на какую гениальность изобретателя. Если же центр имел раньше движение, то никакая машина не может его ускорить, замедлить или направить в другую сторону. 2. Живое, думающее, умное или неразумное существо, несмотря ни на какие усилия, желания, волю, разум не может ни на одну каплю переместить центр инерции своего тела, если раньше он был неподвижен. Предполагается, конечно, что существо этим не дает никаких материальных истечений из своего тела, вроде испарения, пота, выделения газов, мочи, плевков и т. д. Представьте себе двух неподвижных людей за несколько метров друг от друга и от почвенника. Они голы и не имеют в руках никаких предметов. Их движения как будто совершенно свободны, по крайней мере, им так кажется, но центры их остаются неподвижными. Оба человека хотят друг к другу приблизиться, делают судорожные усилия, делают всеми членами всевозможные причудливые движения — и на самом деле, их члены двигаются, но сами люди, их центры, остаются неподвижны. Самые напряженные усилия воли только двигают членами, но не их телами.
Вращение
При неподвижности центра тело может иметь и вращение вокруг воображаемой или означенной оси. Система неподвижно скрепленных материальных точек, или твердое тело, имеет не менее трех взаимно перпендикулярных осей, проходящих через центр инерции, вокруг которых тело может равномерно вращаться, как вокруг укрепленной оси. Эти воображаемые оси называются свободными. Шар и тело вращения имеют бесчисленное множество осей, куб — семь осей, неправильное тело — обыкновенно три оси. Это вращение также вечно, равномерно и ненарушимо само по себе, т. е. без действия сил. Но то же твердое тело может иметь очень сложное движение и при неподвижности центра инерции, если только не вращается вокруг свободной оси. Кажется только, что оно неустойчиво, и на практике — вследствие внутреннего трения, деформаций, сжатия и расширения частей, нагревания и охлаждения их — должно перейти во вращение вокруг одной из свободных осей. Лишь идеально упругое, несуществующее твердое тело может сохранять вечно сложность движения при своем вращении.
Имеет ли какая система вращательное движение или нет, ее части своим взаимодействием могут прийти в желаемое бесконечно разнообразное движение. Если система приостановится, т. е. если части перестанут взаимодействовать и придут в относительный покой, то мы увидим, что система опять имеет прежнее вращение, вокруг оси того же абсолютного направления. Пример. Какая-нибудь заведенная машина — часы, автомат. Остановились часы, и движение их возвращается к первоначальному. Человек может сам двигаться, лепить из глины что угодно, но по окончании работы получится прежнее движение. Если формы, плотность и объем тела не изменились, то и скорость вращения останется та же, но части тела могут иметь другое положение, т. е., например, ось вращения будет проходить через другие точки того же тела. Например, разные движения частей земного шара не могут изменить направление его оси относительно звезд, но самая ось может переместиться на шаре и проходить совсем через другие его точки. И нет пределов разнообразию этого перехода. Этим даже можно объяснить изменение климатов разных частей суши, хотя причин изменения климата Земли множество. Были ли только такие условия на земном шаре (в широких пределах), неизвестно, но они могли быть.
При изменении плотности, формы или размеров тела может даже измениться и скорость вращения. Она будет зависеть от момента инерции тела, который может беспредельно меняться с изменением формы тела. Когда масса тела приближается к его оси вращения, то момент инерции уменьшается, когда удаляется, то момент увеличивается. В первом случае угловая скорость возрастает, во втором — умаляется. Она обратно пропорциональна моменту инерции. Если бы, например, земной шар сжался в восемь раз, причем поперечник уменьшился бы в два раза, то момент инерции и сутки уменьшились бы вчетверо. День был бы 6 часов. Живая сила системы, или ее кинетическая энергия, будет обратно пропорциональна моменту инерции тела; так, для шара энергия увеличилась бы в четыре раза, что совершается за счет внутренней работы системы. Общий закон для вращения тела во всяком состоянии вокруг оси таков: сумма моментов вращения всего неизменна, несмотря на всевозможные перемены в теле. Момент вращения есть произведение элемента массы на расстояние до оси и на касательную скорость, нормальную (перпендикулярную) к оси. Еще пример. Положим, что человек вращается вокруг оси, нормальной к длине его тела. Теперь, если он будет изгибаться в дугу, приближая ноги к голове, или садиться на корточки, то он тотчас же завертится гораздо скорее. Если вращается система из двух человек, связанных длинной веревкой, то скорость их вращения будет увеличиваться по мере укорачивания веревки и уменьшаться по мере ее удлинения.
Поступательное движение, остановка движения, удар молота, топора и т. д.
Столкновение, разрушение
Итак, твердое тело может быть совсем неподвижным; оно же может свободно, вечно и просто вращаться вокруг свободной оси, как маховик; если ось не свободная, то она сама приходит в сложное движение, только центр инерции всегда остается неподвижным. При взаимодействии частей тела их движение может быть поразительно разнообразным; когда же оно прекратится, система может иметь совсем иной вид и иную скорость вращения, в зависимости от измененного момента инерции системы. Разумеется, это же относится к жидким и газообразным телам, а также и ко всем их комбинациям между собою и твердыми телами. Кроме всех этих сложных движений центр инерции одного тела, или система его частей, может одновременно иметь поступательное движение, которое обязательно прямолинейно, вечно и неизменно по скорости и направлению. Само собою, т. е. без действия сил извне системы, состояние покоя или движения ее центра нарушиться не может. Если, например, центр инерции человека имеет какое-либо поступательное движение, то никакие усилия человека не могут остановить, ускорить, замедлить или изменить направление этого движения. Того же не может сделать и самая сложная машина с движением своего центра тяжести.
Два человека в свободном от тяжести пространстве могут пролететь всего на сажень друг от друга, и никакие усилия воли не могут их соединить: сблизившись на минимальное расстояние, они расходятся навеки, теряя друг друга из вида. Нельзя придумать машину, которая бы в пустом и свободном пространстве могла приводить себя в желаемое движение или хотя бы нарушить имеющийся свой покой или свое движение центра.
Мы видели, что для приведения тела в движение при опоре нужно усилие, которое тем больше, чем больше масса тела (или количество вещества в нем), чем больше желаемая его скорость и чем меньше времени действует наша сила. Так же, чтобы остановить тело, уменьшить его скорость, изменить ее направление, надо усилие тем более значительное, чем скорее мы хотим это сделать и чем больше масса тела и скорость его движения. Наибольшее проявление сил происходит при ударе движущегося тела в неподвижную и твердую опору. Тут тело останавливается почти сразу или в очень короткий промежуток времени, а потому между ударившимися телами и проявляется максимальная сила; но она, конечно, возрастает с массою и скоростью ударившего тела и твердостью, неподатливостью обоих сталкивающихся тел. Эта сила удара вообще несравненно больше силы тяжести, которая в сравнении с ударом совсем ничтожна. Отсюда видно, что в среде без тяжести все орудия, действие которых основано на ударе, так же успешно работают, как и на Земле. Таковы: молоток, топор, пест, молотилка, кузнечный молот, заводской молот, сабля, коса и т. п. Тут даже действие молота может быть гораздо грандиознее, так как масса его в эфире может быть произвольно велика. Поднимать ее нет надобности. Всякую большую массу здесь можно передвигать и ударять о другую. Между тем как в среде тяжести большая масса затрудняет, имея вес, который ручным способом иногда нельзя одолеть и приходится прибегать к сложным машинам и силам природы.
Здесь тела никуда не падают. Произвольной величины массы, при соприкосновении, не производят друг на друга ни малейшего давления, лишь бы они были неподвижны или имели одну скорость и одно направление движения.
Но раз это не соблюдается, тела сталкиваются при сближении и могут производить друг на друга такое же ужасающее давление, как и на Земле, — только исключается тяжесть действующих тел. Тут так же
