Тележка Ньютона
Тележка Ньютона - интересный физический опыт, который дает нам наглядное представление о типе двигателей, называемых реактивными.
Опыт Ньютона
Как рассказывают современники Ньютона, он провел такой опыт: изготовил небольшую и легонькую тележку. На тележке ученый укрепил стоечку для пробирки и под ней маленькую чашечку. В пробирку Ньютон налил воды, а в чашечку - спирт. Отверстие пробирки он заткнул пробкой и вставил пробирку в наклонном положении в стойку. Затем положил в спирт кусок ваты и зажег.
Через минуту или две вода в пробирке закипела. Давление появившегося пара вышибло пробку прочь. Она вылетела вместе со струей пара, и в тот же момент Тележка Ньютона покатилась в противоположную сторону, хотя ни во что она не упиралась и ничто ее как будто не толкало.
Противники Ньютона говорили, что тележка Ньютона покатилась потому, что вырвавшаяся из пробки струя пара и вылетевшая пробка упирались в воздух. Это возражение Ньютон легко опроверг. По сравнению со струйкой пара и пробочкой, тележка, нагруженная стойкой, чашечкой и пробиркой, весьма велика. Ее передняя сторона, упираясь в воздух, встречает несравненно большее сопротивление, чем струйка пара.
Воздух в большей степени мешает тележке, чем помогает. В безвоздушном пространстве такая тележка покатилась бы быстрее и дальше, чем на воздухе. Никто ведь не может сказать, что человек, выскакивающий из лодки, упирается в воздух, и будто бы от этого лодка начинает двигаться.
Реактивные двигатели, в отличие от всех остальных, не нуждаются в какой-либо опоре, - можно сказать, что они несут опору в себе или опираются сами на себя.
Вывод Ньютона
Ньютон сделал из своего опыта следующий интересный вывод - количество движения, полученное тележкой, в точности равно количеству движения пара и пробки.
Масса тележки больше, она набирает меньшую скорость. Масса пробки и пара меньше, зато скорость их движения во столько же раз больше.
Количество движения пробки направлено в одну сторону, количество движения тележки - в другую. В сумме оба количества движения дают нуль. Иными словами, общее количество движения при этом не изменяется: оно равнялось нулю в начале, когда тележка и пробки были неподвижны; оно равняется нулю и в конце, когда тележка и пробка (вместе с паром) движутся в разные стороны.
Этот закон стали называть впоследствии законом сохранения количества движения. В истории механики он сыграл огромную роль. Но, по сути дела, это просто следствие из второго закона Ньютона - основного закона динамики.
Количество движения тела, учит Ньютон, может измениться только под действием внешней силы.
А на тележку Ньютона в его опыте никакие внешние силы не действовали. Значит, и количество движения для нее должно остаться постоянным, то есть равным нулю, - она ведь стояла на месте.
Вся система - это тележка и вылетевший из пробирки пар. Постоянным должно оставаться количество движения этой системы.
Поэтому количество движения, получаемое тележкой, и количество движения, уносимое паром, равны и противоположно направлены.