4 апреля 1974 года бельгиец Джон Массис сумел протащить по рельсам два пассажирских вагона. Он зажал зубами мундштук, прикрепленный к веревке, которая была привязана к вагонам. Затем отклонился назад и уперся ногами в шпалы. Вагоны имели массу примерно 80 т, то есть весили 785 000 Н. Поскольку Массис не поднимал, а передвигал их, важен был не вес, а масса и сила трения. Каким-то чудом он передвинул эту огромную массу на приличное расстояние. (На уроках физики понятие работы как произведения силы на расстояние, на которое переместили предмет, иногда воспринимается как абстракция. Благодаря Массису это понятие обрело реальный смысл, хотя и довольно странный.)

Если вы сидите на стуле, а он стоит на обычном гладком полу, вы можете передвинуться вместе со стулом, не касаясь пола ногами, а заставив стул совершать короткие резкие скачки. Но согласно законам физики первоначально неподвижные предметы (вы и стул) без воздействия на них извне (без внешней силы) не могут двигаться. Какая же сила вынуждает всю систему, состоящую из вас и стула, скакать?

ОТВЕТ • Чтобы сдвинуться со стулом, нужно сначала резко и сильно надавить руками вниз и назад (под углом) на заднюю часть стула. Сила, направленная вниз, увеличит давление стула на пол, а значит, и силу трения, которая не позволит стулу проскользнуть назад. Эта сила еще и бросит ваше туловище вперед, и в это время вам нужно резко потянуть стул вверх и вперед. Сила, направленная вверх, уменьшит давление стула на пол, а следовательно, трение между стулом и полом, и это позволит стулу скакать вперед. Так что внешняя сила, заставляющая вас двигаться, на самом деле есть — это сила трения, появляющаяся вначале.

Возможно, вы видели такой трюк на представлениях: фокусник выбирает трех человек из зрителей себе в помощники, и они вместе поднимают четвертого зрителя — довольно тяжелого. Трюк состоит в том, что фокусник и три его помощника должны поднять четвертого со стула, используя лишь один свой указательный палец. Фокусник засовывает свой указательный палец под мышку правой руки сидящего на стуле, первый помощник засовывает свой палец под мышку левой руки, второй — под левую коленку, третий — под правую. С огромным усилием фокусник и три его помощника пытаются поднять сидящего человека, но все их усилия напрасны — он слишком тяжел.

Чтобы добавить немного магии, фокусник и три его ассистента возлагают руки на голову сидящего и слегка надавливают на нее. Потом все опять помещают пальцы в прежние позиции, по сигналу фокусника опять делают попытку поднять сидящего, и — о чудо! — на этот раз они легко поднимают его. Создается впечатление, что давление уменьшает вес сидящего!

Что же произошло? Если бы небольшое давление сверху на мою голову могло уменьшить мой вес, я бы перестал наконец беспокоиться о лишних килограммах.

ОТВЕТ • Во время первой попытки фокусник и три его помощника пытались поднять сидящего, не координируясь, — кто-то прилагал усилие раньше, кто-то позже. Приложенные не одновременно силы просто опрокидывают сидящего в ту или другую сторону, поскольку каждая создает свой вращающий момент. Так что шансов поднять человека практически нет (да и фокусник может подталкивать сидящего, чтобы усилить эффект).

Во время второй попытки силы прикладываются одновременно по сигналу фокусника. Никаких крутящих моментов не возникает, и вес сидящего теперь равномерно распределяется между четырьмя людьми, так что сидящего человека при не очень больших усилиях поднять можно.

Предположим, что у изначально неподвижной ракеты в космосе включились двигатели. Может ли она развить скорость, большую, чем та, с которой вылетает топливо? Зависит ли конечная скорость от того, сжигалось топливо быстро или медленно? Почему ракеты, запущенные с Земли, делаются многоступенчатыми? (Идея эта зародилась в Китае примерно в 1000 году нашей эры.) Есть ли оптимальное количество ступеней? Может ли ракета с одной ступенью иметь такие параметры, чтобы вывести на околоземную орбиту спутник или доставить человека на Луну? Насколько осуществима идея, описанная в романе Жюля Верна «Путешествие на Луну», когда корабль с людьми запускался, как ядро, из большой пушки, вкопанной в землю?

Вы оказались в маленьких санях, а вокруг вас ледяное и очень скользкое пространство, которое вам нужно пересечь. На кромке льда у берега разбросаны камни, и вы решаете погрузить в сани несколько, чтобы, кидая их в направлении берега, заставить сани двигаться в противоположном направлении. Но сани могут вместить только некую определенную общую массу камней. Чтобы они смогли двигаться с максимальной скоростью, лучше загрузить сани большим количеством маленьких камней или небольшим количеством больших? То есть большую или маленькую порцию массы камней вы должны кидать при каждом броске? Для простоты примем, что камни — и большие, и маленькие — бросаются с одинаковой скоростью относительно саней.

ОТВЕТ • Ракета может лететь быстрее, чем из нее вылетает топливо, при условии, что отношение ее исходной массы к конечной будет равно 2,72 (то есть равно числу е). Скорость, с которой топливо сжигается, не влияет на конечную скорость ракеты. Ракета с одной ступенью не может вывести груз с Земли на орбиту и тем более доставить его на Луну, поскольку при разумных технических ограничениях (скорость истечения продуктов сгорания топлива и доли топлива в общей массе) она не сможет развить даже первой космической скорости, необходимой для выхода на орбиту. Поэтому ракету делают с несколькими ступенями. Когда первая ступень израсходовала свое топливо, она сбрасывается, поскольку ее массу тащить дальше бессмысленно, и запускается двигатель следующей ступени. Из-за дороговизны каждой следующей ступени существует их оптимальное количество — четыре или пять.

Люди в космическом корабле, запущенном из пушки, погибнут: они просто не вынесут перегрузки из-за огромного ускорения, которое будет необходимо кораблю, чтобы преодолеть земное тяготение.

Конечная скорость саней будет больше, если выбрасывать маленькое количество больших камней, а не большое количество маленьких. Во втором случае при бросании каждого камня половинной массы скорость саней увеличивается, однако сумма этих двух увеличений оказывается меньшей, чем при бросании одного большого камня.

Первая попытка послать человека на Венеру была предпринята в Балтиморе в 1928 году. Роберт Кондит и два его ассистента построили ракету из железных уголков и обтянули ее парусиной. В качестве топлива Кондит использовал бензин, который испарялся и распылялся в стальных трубках, а затем поджигался с помощью свечи зажигания.

Кондит собирался совершить путешествие в одиночку, взяв с собой воду, еду, два фонаря и аптечку первой помощи. О том, как сориентироваться и найти Венеру в космосе, он не беспокоился. Он решил, что нацелит на нее свой аппарат, когда оторвется от Земли. Добравшись до Венеры, он планировал раскрыть восьмиметровый парашют, который должен был замедлить его спуск на планету. Как именно он собирался возвращаться, не вполне ясно, но если бы на Венере не оказалось пищи и воды, он не стал бы там задерживаться.