Давайте начнем с самого начала, с Ньютона (1642–1727), который сформулировалосновной закон механики: действие равно противодействию по величине ипротивоположно ему по направлению. Это означает, что каждая сила должна бытьсбалансирована точно такой же по величине силой противоположного направления.При этом природа сил не имеет никакого значения. На пример, сила может бытьсоздана каким-либо неподвижным грузом. Предположим, я стою на полу, мой вес 75кг. Следовательно, мои подошвы давят на пол с силой 75 кг, которая направленавниз; это дело моих ступней. В то же самое время пол должен давить на моиподошвы с той же силой 75 кг, направленной вверх; эта сила исходит от пола.Если доски пола окажутся подгнившими и не смогут обеспечить силу 75 кг, янеминуемо провалюсь. Но если каким-то чудом пол сообщит мне силу, большую, чемта, которую требовал мой вес, скажем, 75,5 кг, то я – ни много ни мало -взлечу. Те же рассуждения применимы к любому грузу: если стул весит, например,20 кг, то, чтобы он оставался на привычном для нас месте, пол должендействовать на него с такой же силой. Однако в законе Ньютона совсем необязательно сила связана лишь с каким-либо неподвижным грузом. Если я направлюсвой автомобиль в стену, то она отреагирует на мои действия с силой, в точностиравной той, которая необходима, чтобы остановить автомобиль, даже если при этомпогибает водитель. И еще один пример: ветер оказывает давление на дымовуютрубу, пытаясь ее опрокинуть, но точно с такой же силой труба действует навоздух – именно поэтому она не опрокидывается.
Все это лишь частные проявления третьего закона Ньютона, который, грубоговоря, утверждает, что для сохранения статус-кво совокупность сил, действующихна тело, должна быть уравновешенной. Правда, закон ничего не говорит отом, откуда берутся все эти силы. Что касается внешних нагрузок на тело,то обычно их обнаружить легче: вес груза возникает из-за гравитационноговоздействия Земли на массу груза (земное притяжение); в случае торможениядвижущейся нагрузки (будь то твердое тело, жидкость или газ) возникающиесилы таковы, что вызывают необходимое замедление движущейся массы (второйзакон Ньютона). Задача любой механической конструкции состоит в сохранениии поддержании статус-кво, для ее выполнения в конструкции должны каким-тообразом возникать силы, которые могли бы уравновесить внешние нагрузки,действующие на нее. Кажется, теперь мы можем понять, как груз давит напол, но как пол давит на груз?
Ответ на этот вопрос далеко не очевиден. Во времена Галилея и Гука,на заре научной мысли, проблема была еще более неразрешимой. Ее решениеусугублялось человеческой склонностью осмысливать непонятное, отталкиваясьот самих себя, от процессов, которые кажутся знакомыми по своему собственномувнутреннему опыту. Но такой “антропометрический” подход и биологическиеаналогии могут лишь запутать дело. Животное имеет два механизма сопротивлениянагрузкам. Его инертные части – кости, зубы, волосы – воспринимают механическуюнагрузку точно так же, как и любое неживое твердое тело. Но живой организмкак целое ведет себя совершенно иным образом. Люди и животные способныактивно сопротивляться приложенным силам: они напрягают свои мышцы и взависимости от того, чего требует сложившаяся ситуация, отталкивают илитянут что-то. Если вы поставите мне на ладонь какой-либо груз (допустим,кружку пива), то, чтобы удержать эту нагрузку, я должен увеличить натяжениев определенных мышцах.
