На шоссе стоит автомобиль. Его количество движения равно нулю. Вот автомобиль начал двигаться, разогнался до скорости 100 км/ч и приобрел количество движения, равное этой скорости, помноженной на массу автомобиля. Спрашивается, какое другое тело или система тел приобрела при этом равное по величине и направленное в противоположную сторону количество движения? Отвечаем, не задумываясь: земной шар. Дополнительная скорость, которую приобрел при этом земной шар, во столько же раз меньше скорости автомобиля, во сколько раз масса земного шара больше массы автомобиля. Она настолько мала, что мы ее, естественно, не замечаем. А не замечаем — начинаем строить всякие предположения о возможности безопорного движения.
Говорят: автомобиль отталкивается от шоссе колесами. Слово «отталкивается» тоже порождает всякого рода неточности. Отсюда, кстати, и термин «опорное» или «безопорное». Можно привести много примеров, когда вроде бы ничто ни от чего не отталкивается и тем не менее движение является опорным в том смысле, что закон сохранения количества движения соблюдается неукоснительно. Лучший пример — ракета.
Что такое ракета? На этот вопрос сегодня ответит любой школьник. Если говорить просто, то ракета — это бутылка с открытым горлышком. Бутылка заполнена таким топливом, которое может гореть без использования наружного воздуха, например порохом. Когда порох поджигают, образуются продукты сгорания — газы. Газы с одинаковой силой давят во все стороны. Силы давления на стенки бутылки уравновешивают друг друга. А сила давления газов на дно ничем не уравновешивается, потому что с противоположной стороны находится открытое горлышко. Газы вырываются через горлышко, а неуравновешенные силы давления на дно толкают бутылку. Как говорят, создается сила тяги. Если бутылку ничто не удерживает, она полетит дном вперед и будет двигаться со всевозрастающей скоростью, пока не сгорит топливо.
Подобные явления можно часто наблюдать в жизни. Достаточно, например, взять воздушный шарик и разрезать нитку, затягивающую отверстие, через которое шарик надули. Воздух или газ, наполняющий шарик, будет выходить через отверстие, а сам шарик станет, вероятнее всего, беспорядочно метаться по комнате. Приглядевшись, вы увидите, что как бы ни двигался шарик, он всегда летит в сторону, противоположную открытому отверстию.
В качестве топлива для простейшей ракеты совсем не обязательно пользоваться таким опасным веществом, как порох. Для получения тяги нужен не сам порох, а те газы, которые образуются в результате его горения. Именно они создают давление. В случае с шариком роль таких газов выполнял сжатый воздух. Для построения ракеты или, точнее, ракетного движителя необходимы, по крайней мере, три компонента. Во-первых, сосуд, закрытый со всех сторон, кроме одной. Во-вторых, вещество, наполняющее этот сосуд. Такое вещество называют рабочим телом ракетного движителя, и это совсем не обязательно газ — можно налить в бутылку какой-нибудь горючей жидкости. Наконец, в-третьих, нужен источник энергии, который создавал бы давление в рабочем веществе и заставлял бы его вырываться через отверстие в сосуде и давить на противоположную сторону сосуда, создавая силу тяги.
Принцип ракетного движителя известен человечеству уже более 2 тыс. лет. Еще во II веке до нашей эры Герои Александрийский изобрел свою паровую машину — эолк-пил. Под котлом с водой раскладывали костер. Образующийся пар поступал в полый шар, укрепленный на горизонтальной оси. Из шара пар вырывался через две изогнутые трубки. Под давлением, как мы теперь говорим, реактивной силы шар вращался в направлении, противоположном движению выходящего пара.
Неуравновешенные силы давления толкают дно бутылки, создавая силу тяги. Прекрасный случай убедиться, насколько зыбким является понятие силы. Во-первых, с самого начала исходят из того, что газ, находящийся в замкнутом сосуде, оказывает на все его стенки одинаковое давление. Собственно говоря, почему? Это утверждение (так называемый закон Паскаля) является обобщением огромного числа опытов, и только. Но если все же это не так?
Давайте рассуждать дальше. Если мы готовы принять на веру, что в бутылке, заткнутой пробкой, давление всюду одинаковое, то кто сказал, что давление на донышко должно оставаться неизменным после того, как выдернута пробка? Это совсем не очевидно. Неубедительность приведенного описания принципа действия ракеты служит поводом для всевозможных сомнений, в том числе и для изобретения безопорных движителей. До чего же все станет просто и ясно, если с самого начала четко представить себе, что на самом деле ракета никуда не движется.