Мы начнем эту книгу с того, что напомним читателю основную задачу механики *). Она состоит в том, чтобы по известному начальному состоянию тела уметь найти его состояние в любой момент времени. Знать состояние тела - это авачит в данный момент времени знать ею координаты и скорость.

Для решения такой задачи в самом общем виде надо воспользоваться уравнением движения

F = т-а (второй закон Ньютона).

Эту задачу можно решить, если,кроменачально10состоя-вия тела, звать вид сил, действующих на тело, и его массу. Силы учитывают внешние условия, в которых происходит движение. Масса же, как мера инертйЬсти, полностью определяет свойства самого тела.

Мы хотим показать, как зная уравнение движения, начальное состояние тела, его массу и внешние силы, можно решить основную задачу. Конечно, разговор пой-только о принципиальной возможности.

По .заданному- начальному состоянию определим состояние тела через малый промежуток времени Дг. (Для простоты рассмотрим одномерное движение.)

Скорость тела через-А< мы вычислим, зная ускорение а - F/m и считая, что за зто время сила, а

*) См. А. Л. Боровойи др., Механика (выпуск Библиотечки фнзвко-математнческой школы ), стр. 50.

следовательно, и ускорение заметно не изменились: Vi = Vo + a-At.

Изменение координаты легко определить оо средней скорости:

Ах = Уср = -

отсюда

Xi = Xo + Д*.

Продолжая последовательно такой процесс, найдем все доследующие состояния тела.

Процедура эта весьма утомительна, так что мы недаром говорили только о принцшшальной возможности решить задачу. Физики же для решения этой задачи используют аппарат дифференциальных уравнений.

Итак, нам необходимо знать вид внешних сил. Какие силы уже известны? В механике изучались силы тяготения, трения и упругости.

Для первой из них существует достаточно простой закон - она прямо пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами:

F = r

Этот закон справедлив во всех случаях, независимо от вещества тел и условий, в которых они находятся, лз него вытекает большое число следствий, он является фундамента л;,ьным.

Другое дело трение и упругость. Выражение для этих сил на первый взгляд тоже довольно простое: Ftp = ftjp N и Fy = - куХ. Однако эта простота только кажущаяся. Во-первых, в формулы входят коэффициенты, определяемые из опыта и зависящие от вещества, качества поверхности и т. п. Во-вторых, зти формулы применимы далеко не всегда: например, выражение для силы трения имеет такой вид только при малых скоростях, а для сил упругости - при малых смещениях. При увеличении скорости и смещения выражения усложняются. Все зто показывает, что эти законы не являются фундаментальными. Дело в том, что силы трения и упругости выступают как усреднение огромного числа элементарных взаимодействий между молекулами. То, что это взаимодействие имеет

не гравитационную црироду, следует из того простого факта, что тела сопротивляются не только растяжению, но и сжатию, т. е. между частицами тела возникает отталкивание. Гравитационные же силы могут вызвать только притяжение. Силы трения и упругости являются проявлением нового типа взаимодействия - электромагнитного.

Теория электромагнетизма рассматривает чрезвычайно широкий круг явлений. Поэтому представляется целесообразным разбить эти явлевшя на дае большие группы. К первой группе отнести те из них, которые не требуют подробного .рассмотрения внутренних свойств среды, а ко второй - вопросы, связанные с злектромагнитными явлениямив различных средах. В этом выпуске изучаются явления, относящиеся к первой группе. Свойства среды идеализируются, т. е. рассматриваются два случая: проводники - тела, в которых заряды могут двигаться свободно, и изоляторы - тела, не проводящие злектричества.

Основным предметом иззения будут являться обпще законы злектромагнитного взаимодействия.

Очевидно, для того чтобы предсказывать поведение тел, участвующих в электромагнитном взаимодействии, необходимо установить для него такой же общий фундаментальный закон, как закон Ньютона для тяготения, а перед зтим выяснить, какое же свойство частиц определяет их участие в новом взаимодействии.

§Г 2. Заряд

Таким свойством является электрический заряд. Совокупность опытных данных о зарядах можно свести к следующим основным пунктам.

1. Заряды бывают двух видов. Одни из них условились называть положительными, другие - отрицательными.

2. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

3. Существует наименьший возможный в природе заряд - злементарный заряд. Будем его обозначать буквой е*). ,

*) В настоящее время разрабатываются теоретические модели, предцолагающие существование частиц с дробным электрическим зарядом, так называемых кварков.