Все только что сказанное представляет собой словесную формулировку знаменитой формулы Циолковского. Но мы твердо решили обойтись без математических формул. Заметим другое: из всех литературных героев ближе всех к идее путешествия в космос, в частности путешествия на Луну, оказался барон Мюнхгаузен. Он посадил в землю семечко быстрорастущего бобового растения, подождал, пока оно дорастет до Луны, а затем взобрался по стволу. Но разве ствол растущего бобового растения не то же самое, что растущая палка?
Поместим теперь в облюбованный нами уголок открытого космоса цветочный горшок с землей, в которую посажено бобовое зернышко. Вот оно проросло, появились первые листочки. Длина ствола, как это свойственно бобовым, быстро увеличивается. И что дальше? Да все то же самое. Центр масс остается неподвижным— он расположен где-то внутри цветочного горшка. Ствол отодвигается в одну сторону от центра масс точно так же, как это делали выхлопные газы, а горшок (ракета) — в другую. Но горшок во много раз тяжелее растения, поэтому он перемещается на меньшее расстояние и движется с меньшей скоростью. Легкий ствол и движется быстрее, и конец его уходит дальше.
На примере цветочного горшка с бобовым семенем тоже можно установить основные законы реактивного движения. Этим законам должен подчиняться любой аппарат, действующий по тому же принципу. А коли так, то изучать его поведение можно на примере цветочного горшка. Как говорят ученые, цветочный горшок с бобовым семенем может служить для нас моделью (бобовой) реактивного движущегося аппарата. Главный закон гласит так: при отсутствии взаимодействия с другими телами отдельные части системы цветочный горшок — бобовое растение могут совершать лишь такие движения, при которых положение центра масс останется неизменным.
Потенциал
На этом пока распрощаемся с ракетами и вспомним, что до сих пор мы говорили только о кинетической энергии, хотя существует и другой вид энергии — потенциальная. Понятие потенциальной энергии связывается с понятием силового поля и его потенциала. Говорят, что в данной области пространства действует силовое поле, а данная точка пространства обладает потенциалом данной величины, если на то, чтобы доставить некий единичный пробный объект из бесконечности в данную точку, необходимо затратить количество работы, численно равное значению потенциала в этой точке.
Смотрите, сразу сколько неясностей! Не станем даже говорить о бесконечности, в которую всякий раз надо отправляться за пробным объектом, а потом тащить его в данную точку поля, подсчитывая при этом совершенную работу. Хуже другое — непонятно, что обладает потенциальной энергией: само поле или внесенный в него объект? С одной стороны, вроде бы само поле, ведь любая его точка обладает потенциалом независимо от того, внесен туда объект или нет. А с другой стороны, вроде бы объект, ведь в одной и той же точке потенциального гравитационного поля объект с вдвое большей массой обладает вдвое большей потенциальной энергией.
Все это так сложно, что невольно задаешь себе вопрос: существует ли на самом деле потенциальная энергия? Можно ли исчерпывающим образом описать все процессы, изучаемые в механике, не пользуясь понятием потенциальной энергии? К постановке подобных вопросов нас побуждает множество примеров, которые так охотно приводят в книгах с заголовками, начинающимися со слов «Занимательная» или «Занимательные», например, куда девается потенциальная энергия свернутой пружины, если растворить эту пружину в кислоте?
Насколько важно для нас понятие потенциальной энергии? Вот камень, покоящийся на вершине горы. Потенциальная энергия этого камня в точности равна массе камня, помноженной на высоту горы и на ускорение силы тяжести. Но от того, что мы знаем об этом, в камне ничего не меняется. Он продолжает покоиться и может пролежать на горе до скончания времен. Иное дело, если он упадет. Свалившись с горы, камень может натворить много бед, например разбить ту же самую бутылку. Но здесь будет участвовать уже не потенциальная, а кинетическая энергия камня, которой он обладает в момент соприкосновения с бутылкой.
Слов нет, не всегда все обстоит просто. Например, качающийся маятник. Находясь в самом нижнем положении, маятник движется с максимальной скоростью, и вся его энергия суть энергия кинетическая. А находясь в крайнем верхнем положении, маятник на мгновение останавливается — это видно простым глазом — и при этом явно обладает энергией, иначе откуда потом берется его скорость?
Проблема эта весьма глубока и до сих пор не решена полностью. Поэтому ограничимся здесь тем, что наметим контуры одного из возможных ответов на поставленный вопрос. Не скроем этого, он удовлетворил бы нас в наибольшей мере. Пусть имеется все та же бутылка с порохом, на сей раз крепко заткнутая пробкой, и пусть в некоторый момент вы подожгли порох каким-нибудь не оказывающим на бутылку влияния способом, например с помощью солнечных лучей, которые сфокусировали увеличительным стеклом. По мере сгорания пороха давление внутри бутылки увеличивается. Вопрос первый: почему стенки бутылки не выпускают продукты сгорания, если, как мы установили, никаких стенок на самом деле не существует, а существуют лишь атомные ядра, расположенные друг от друга на гигантских по сравнению с их собственными размерами расстояниях?