17
Волк, барон и Ньюотон
(О фильме «Ну, погоди!», романе Сирано де Бержерака и лазерном термоядерном синтезе)
Академик АПН СССР
В. А. ФАБРИКАНТ
В этой статье пойдет речь о физическом явлении, которое можно было наблюдать в сельмой серии мультифильма «Ну, погоди!». Помните, как волк на парсной яхте стается договора заайца, плывшего на пароходе? Для укорения хода яхты волк дует в парус. На первый взгляд может показаться, что ситuation, в известном смысле, хода с той, что была описана бароном Мюнхгаузеном: попав в болото, барон сам себя вытащил за волосы. Однако имеется существенное разлице в этих двух случаях. Волк не нарушил один из основных законов механики — третий закон Ньюотона, тогда как барон его «нарушил», что, конечно, невозможно.
В «Началах»*) Ньюотона третий закон формулирован так: «Дейстивно всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе — действия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны». Ньюотон поснил: «Если что-либо давит на точно будь другое или тянет его, то оно само этим последним давится или тянется. Если кто нажит пальцем на камень, и палец его также нажит камнем». Из третьего закона Ньюотона следует, что никакое взаимодействие тел внутри замкнутой системы (из которой ничего не вылетает нарушу) не может изменить движения системы в целом. В частности, взаимодействие отдельных частей организации барона Мюнхгаузена (рук и волос) не могло вызвать изменение скорости его погружения в болото, а тем более вытащить его оттуда.
Чтобы хотя бы замедлить погружение, барон должен был начать разделаться иbrosать с силой предметы своего тулета вниз в болото, то есть нарушить замкнутость системы. Здесь особенно полезны были бы тяжелые ботфорты. Наконец, барон мог стать на седло и прыгнуть за пределы болота. Но при этом он толкнул бы визз когда и тем самымускорил бы погружение бедного животного в болото.
Однако вернемся к «Ну, погоди!». Предположим, что парус яхты сделан из материалов, которая поглощает структурова, испускаемую Волком. тогда яхта с Волком на ней представлена бы замкнутую систему, и при отсутствии ветра она не смогла бы сдвинуть с места, как бы Волк ни старался. Так же бесплатны были бы попытки Волкаускорить дутем ход яхты: давление на парс воздушной струи, испускаемой Волком, уравновешиваясь бы действием кортей Волка на пальбу яхты. Дело в том, что душиший вперед Волк испытывает отдачу, направленную назад (действие и противодействие).
Здесь имеется аналогия с выступом изружья или орудия, когда пуля или снаряд вылетают в одном направлении, аружье или орудие начинают движаться в противоположном направлении. Каждый охотник и артилерист знает это. Еще ближе — аналогия с ракетой, из хвоста которой
*) «Математические начала натуральной философии» — так называл Ньюотон свой главный труд, в котором изложил результаты исследований по механике (этот труд выselл в свет в 1687 году). В «Началах» (так коротко называют эту работ Ньюотона) содержатся основные понятия классической механики, три закона движения (законы Ньюотона) и закон всемирного тяготения.
2 «Квант» № 9
18
вырываются продукты сортая, а она сама летит в противоположном направлении.
В фильме «Ну, погоди!» на языте стоит обикновенный парус, который, конечно, отражает струю воздуха, испускаемую Волком. Струя после отражения уходит назад, выходит из системы «яxtа с Волком». Иными словами, система перестает быть замкнутой. Возникает явление отдачи,ускорящее движение яxtы.
Вся реактивная авиация использует явление отдачи, возникающее при испускании двигателями назад газовых струй. Созданные советскими конструкторами во время Великой Отечественной войны «катюши», нагоявшие панический ужас на фашистов, использовали тот же эфект.
Возвращаясь к Волку, надо признаать, что он оказывается более сведущим в механике, чем барон. Вместе с тем можно ввести рационализаторское предложение. Волку было бы выгоднее стать спиной к пароходу и дуть в обратную сторону — ведь парус не является идеальным отражателем для воздействной струи, струя от паруса уходит ослабленной.
Сирано де Бержерак
Эффект отдачи, как известно, лежит в основе применения пакет для космических путешествий. Вот тут мы подошли к французскому пакетю Сирано де Бержераку (1619—1655). Это очень своеобразная фигура в истории мировой литературы. Сирано происходил из захудального двоянского рода и всю жизнь очень нуждался. В ту эпоху прошедали только позты, поступавшие на службу в свиту кого-либо из богатых аристократов. Для Сирано такой путь был закрыт из-за его крайне неависимого и вспышчного характера. Сирано писал стихотворные листовки, направленные против всесильного первого министра Франции кардинала Мазарини («мазарины»). Он пытался разбогатеть за счет картежной игры, но безспешно. Природа нагradила Сирано огромным карикатурным носом, вызывшим постоянные насмешки, что служило поводом для бесконечного числа дуалей. И вот этот картежник и дузлят был глубоким мыслителем, последовательем философа-материалиста Гассенди*) и создателем замечательного научно-фантастического романа «Иной Свет, или Государства и империляны», изданного в 1657 году, уже после смерти автора. Роман носит явно атеистический характер, и в нем Сирано остроумно выспенвает библиские легенды.
Для нас интересно то, что в романе Сирано описывает свой полет на Луну… с помощью пакет! Есть старинная гравюра, изображющая Сирано, летящого к Луне в корзине, к которой прикреплены пакеты, испускающие огненные струи по направлению к Земле и тем самым поднимающие корзину. Таким образом, Сирано за триста лет предвидел применение пакет для космических путешествий. Любопытно также, что в романе, написанном более чем за тридцать лет до выхода в свет «Начал» Ньюотона, Сирано утверждает, что пригяжение Луной пересилит пригяжение Землей на расстоянии, меньше от Луны, чем от Земли, так как масса Луны меньше массы Земли, и даже вычисляет отношение этих расстояний (получает, конечно, неверный численный результат — 3 вместе примерно 9).
Сирано ironически описывает Луну как место, где находится земной ray. Он там якобы встречает пророка Илью и выясняет у него, как тот добрался до Луны. И пророк описывает свой способ путешествия, проти-
*) Пьер Гассенди (1592—1655) — французский философ и ученый. Занимался исследованием по механике, аукике, оптике, теллоте.
19
воречащий треьему закону Ньютона.
Порок Илья построил железную колесницу (есть поверье, что гром во время грозы — это громыхание колесницы порока Ильи при его поздах по небесам) и, сев в нее, стал подбрасывать вверх намагниченный железный шар. Шар подтягивал за собой каждый раз колесницу, и таким образом порок достит Луны. Порок не учел отдачи, которое будет испытывать колесница при каждом броске шара, и оказался предшественником «правдолюбивого» барона Мюнхгrayзена.
Во второй половине девятнадцатого века французский драматург Эдmon Ростан написал пьесу «Сирано де Бержерак», пользовующая до сих пор большим успехом. Пьеса названа автором героическим комедий, что точно отражает ее характер — веселый и одновременно романтический возвышенный. Максим Горький написал специальную статью, в которой очень высоко оценил благородный образ Сирано, обрисованный Ростаном.
Ростан приписал Сирано способ полега на Луну, «изобретенный» пороком Ильей, и не упомянул о ракетах. Вот соответствующее место из пьесы:
«Лечь на железный лист
и сильными рыбками
Магнит подбрасывать,
он лист железный с вами
Подтягет кверху. Вы опять.
Так до Луны и упражняйтесь».
Почему Ростан колесницу превращил в железный лист, неясно.
Сравнительно недавно имя Сирано присвоено одному из лунных кратеров, что, безусловно, вполне справедливо.
Неколько слов о Жюле Верне
«С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут» — так называется научно-фантастический роман Жюля Верна (1828—1905), который был написан в 1865 году. Жюль Верн описывает полега на Луну в снаряде, выпущном гигантской пушкой. Над признать, что это гораздо менее рациональный способ, чем полег с помощью ракет, придуманный Сирано.
А ведь прошло более двухсот лет! Правда, в другом романе Жюля Верна — «Вокруг Луны» — запасливый француз Мишель Ардан захватил с собой пакеты, но только для смягчения удара о Луну за счет явления отдачи. Зато в обонх романх Жюля Верна дана более точная координата точки пути, где приняжение Земли уравновешивается приятженем Луны — 47/52 расстояния между Землей и Луной. Это естественное, так как уже было известно отношение масс Луны и Земли, а также закон тяготения Ньютона. Спутники Мишеля Ардана — президент пушечного клуба Барбикен и капитан Николь — использовали алгебру для соответствующих вычислений, за что Мишель Ардан их раззилл «иксоедами». Между прочим, согласно Жюлю Верну неевосимость должна дельться только в одной точке траектории — в той самой, где результатующая сила тяготения равна нулю. Жюль Верн неправ. Для появления неевосимости вовсе не требуется обращение в нуль силы тяготения. Не говоря уже об опите космонавтов, каждый спорстем-пригун находится в состоянии неевосимости во время прыжка (если не учитвать сопротивление воздуха).
Управляемый термодерный синтез и явление отдачи
Тепер мы перенесемся в нашей столете и даже в первую половину будущего, двацать первого века. Речь поддет о новейшей техническе,