§ 70. Абсолютно твердое тело.

Почему груз, лежащий на столе, остается в покое, несмотря на то, что на него действует сила тяжести? Очевидно, кроме силы тяжести, на груз действуют другие силы, уравновешивающие силу тяжести. Что же это за силы?

Ответ на этот вопрос мы уже знаем: снизу вверх на груз действует с силой упругости стол; эта сила возникает потому, что стол деформирован. Деформация ясно видна, если в качестве опоры для груза взята тонкая гибкая дощечка (рис. 83); для нее сила, равная силе тяжести, действующей на груз, возникает только при сравнительно большом прогибе. У значительно более жесткого стола прогиб, необходимый для уравновешивания силы тяжести, значительно меньше и незаметен при обычном наблюдении. Однако при достаточно тонких способах наблюдения и такой малый прогиб можно сделать заметным. Например, если на столе стоят зеркала, отражающие узкий пучок света на стену (рис. 95), то в результате изгиба крышки стола под действием груза зеркала слегка наклонятся и зайчик переместится по стене. В случае еще более жесткого стола или, например, массивной стальной плиты непосредственное наблюдение деформации, вызванной небольшим грузом, станет еще затруднительнее. Однако мы можем быть уверенными, что некоторая деформация произошла, ибо только благодаря ей возникает со стороны плиты упругая сила, уравновешивающая силу тяжести груза. Хотя деформация в этих случаях различна, но возникающая упругая сила одна и та же: это видно из того, что в обоих случаях данный груз покоится.

Рис. 95. Оптический метод определения малого прогиба

На практике постоянно встречаются тела, в которых при обычных условиях возникают лишь очень небольшие деформации. Только такие тела пригодны для изготовления частей машин, для строительства и т. п. В большинстве случаев нас интересует не деформация сама по себе, а только сила, обусловленная этой деформацией. А сила, как было указано, для тел различной жесткости и по-разному деформированных (например, дощечки и стола) оказывается одной и той же. Мы можем вообразить тело настолько жесткое, что в нем необходимые силы возникают при сколь угодно малых деформациях. Поэтому мы можем реальное тело заменить воображаемым абсолютно твердым телом, которое совершенно не деформируется.

Понятно, что абсолютно твердых тел в природе не существует. Тем не менее представление о таком воображаемом теле оказывается очень полезным. Считая, что в нем возникает необходимая сила, мы можем не учитывать его деформацию. В частности, в дальнейшем будем считать абсолютно жесткими части простых машин: рычаги, блоки, клинья, винты и т. д. Точно так же будем считать абсолютно нерастяжимыми нити, тросы и т. д.