ما هو القصور الذاتي؟

قد تفكر في القصور الذاتي كقوة غامضة تمنعك من القيام بشيء ما عليك القيام به ، مثل واجبك المنزلي ، لكن هذا ليس ما يقصده الفيزيائيون بالكلمة. في الفيزياء ، القصور الذاتي هو ميل الجسم للبقاء في حالة راحة أو في حالة حركة موحدة. هذا الاتجاه يعتمد على الكتلة ، لكنه ليس الشيء نفسه تمامًا. يمكنك قياس القصور الذاتي للكائن عن طريق استخدام قوة لتغيير حركته. القصور الذاتي هو ميل الكائن لمقاومة القوة المطبقة.

نظرًا لأنها تبدو منطقية جدًا اليوم ، من الصعب تقدير مدى ثورية قوانين نيوتن الثلاثة للحركة بالنسبة للمجتمع العلمي في ذلك الوقت. قبل نيوتن وجاليليو ، كان لدى العلماء اعتقاد عمره 2000 عام بأن الأجسام لديها ميل طبيعي للراحة إذا تُركت بمفردها. عالج جاليليو هذا الاعتقاد بتجربة تتضمن مستويات مائلة تواجه بعضها البعض. وخلص إلى أن الكرة التي تدور حول هذه الطائرات لأعلى ولأسفل ستستمر في الارتفاع إلى نفس الارتفاع إلى الأبد إذا لم يكن الاحتكاك عاملاً. استخدم نيوتن هذه النتيجة لصياغة قانونه الأول ، والذي ينص على:

يستمر كل شيء في حالة الراحة أو الحركة في خط مستقيم ما لم يتم التصرف بناءً عليه بواسطة قوة خارجية.

يعتبر الفيزيائيون أن هذا البيان هو التعريف الرسمي للقصور الذاتي.

وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، فإن القوة (F) المطلوبة لتغيير حالة حركة الجسم هي ناتج كتلة الجسم (م) والتسارع الناتج عن القوة (أ):

F = أماه

لفهم كيفية ارتباط الكتلة بالقصور الذاتي ، ضع في اعتبارك القوة الثابتة F_ج يتصرف على جسمين مختلفين. الجسم الأول له كتلة م₁ والجسم الثاني كتلته m₂.

عند العمل على m₁، F_ج ينتج تسارع أ₁:

(F_ج = م₁أ₁)

عند العمل على m₂، ينتج عنه تسارع أ₂:

(F_ج = م₂أ₂)

منذ F_ج ثابت ولا يتغير ، ما يلي صحيح:

م₁أ₁ = م₂أ₂

و

م₁/ م₂ = أ₂/أ₁

إذا كان م₁ أكبر من م₂، ثم تعرف أ₂ سيكون أكبر من أ₁ لجعل كلاهما متساويين_جوالعكس صحيح.

بمعنى آخر ، كتلة الجسم هي مقياس لميله لمقاومة القوة والاستمرار في نفس حالة الحركة. على الرغم من أن الكتلة والقصور الذاتي لا يعنيان نفس الشيء تمامًا ، إلا أن القصور الذاتي يقاس عادةً بوحدات الكتلة. في نظام SI ، وحداته هي الجرامات والكيلوجرام ، وفي النظام البريطاني ، الوحدات هي الرخويات. لا يناقش العلماء عادة القصور الذاتي في مشاكل الحركة. عادة ما يناقشون الكتلة.

يميل الجسم الدوار أيضًا إلى مقاومة القوى ، ولكن لأنه يتكون من مجموعة من الجسيمات على مسافات مختلفة من مركز الدوران ، يتحدث العلماء عن لحظة القصور الذاتي بدلاً من القصور الذاتي. يمكن معادلة القصور الذاتي لجسم في حركة خطية بكتلته ، لكن حساب عزم القصور الذاتي لجسم دوار أكثر تعقيدًا لأنه يعتمد على شكل الجسم. التعبير العام عن لحظة القصور الذاتي (I) أو جسم دوار للكتلة m ونصف القطر r هو

أنا = kmr²

حيث k ثابت يعتمد على شكل الجسم. وحدات لحظة القصور الذاتي هي (الكتلة) • (محور الدوران - مسافة الكتلة)².