Инерция: Какво е това и защо е важно? (с / примери)

Всеки, който някога е подпрял инстинктивно ръцете си на таблото на автомобила в очакване на превозното средство да внезапно спре, разбира концепцията заинерция, дори ако тя никога не е посвещавала някакви конкретни мисли на законите на физиката.

На този бдителен пътник може да не му хрумне, че същият физически принцип обяснява защо тя съзнателно накланя глава назад към облегалката за глава на седалката си, когато шофьорът е на път натиснете педала на газта: От опит тя знае, че шофьорът с „оловен крак“ е склонен да я изложи на риск от камшичен удар и да я подложи на сила, насочена назад, когато колата излита.

Преместване надолу по скалата за спешност, опитвайки се да извадите последната порция дресинг за салата или кетчуп от бутилка, като я разклащате, да стартирате атлетични събития като скок на дължина и продължаващото трептене на люлеещ се стол, след като спрете да се опитвате да разтърсите, всичко това са примери зазакон на инерцията, Първият закон за движение на Нютон, в ежедневието.

На ежедневно ниво може да чуете шега на приятел, че „инерцията“ му е пречела да стане от леглото и да направи 5 мили бягане тази сутрин. Макар че подобно простимо бездействие в технически план не е официален пример за инерция в света на физиката, този вид лекодушно бърборене за собствената предполагаема прилика с ленивец, въпреки това е илюстрация на една от най-важните концепции във всички приложни физика.

Принципът на инерцията описватенденцията на обекта да остане в състояние на покой или да остане в движение с постоянна скорост.По този начин това е мярка за съпротивлението на обекта да промени състоянието си, било то движещо се тяло или нещо, което седи на маса. Ако даден обект има повече инерция, той изисква повече работа, за да промени състоянието си, било то покой или постоянна скорост. Съответно обектите с по-малка инерция са в по-лесни за промяна състояния.

Една от причините аспектът с „постоянна скорост“ да не е интуитивен е наличието на триене. Когато ритате топка надолу по полето, тя отскача и в крайна сметка се търкаля до спиране поради триенето на тревната площ. Но ако игралното поле можеше да се превърне в триене, топката ще продължи да върви завинаги с постоянна скорост, освен ако не бъде спряна от външна сила. (Излишно е да казвам, че това състояние на нещата също би засегнало правилата за игра на игри с топка - и всичко останало - на Земята.)

• Понякога ще видите закона на инерцията, споменат с термина „постоянна скорост“ вместо „постоянна скорост“. Макар и да е вярно, това не е достатъчно описателно; скоростта е само величина (числова стойност), докато скоростта е векторна величина и следователно включва и посока (x, y, z).

Исак Нютон (1642-1726) остава притежател на един от най-забележителните интелекти в историята на човечеството, като на практика е събрал математическата дисциплина на смятането от нулата и допринасящи знания за движението на телата, които са вдъхновили Галилео Галилей, велик архитект на астрофизическите идеи сам по себе си и безброй други.

Първият закон на Нютон понякога се нарича закон на инерцията, тъй като описва тази тенденция на даден обект като зависима от наличието или отсъствието на външна сила. Без нетна сила върху даден обект, движението му няма да се промени. Като такъв, този закон не допринася за уравненията на движенията, също разработени от Нютон, може би помага да се обясни защо някои ученици не са запознати с него.

​Вторият закон на Нютонпредлага силите да действат за ускоряване на масите или математически,

Този закон свързва нетната сила в системата, включително посоката, с масата и движението на нейните частици. За да изчислите нетната сила, просто вземате векторната сума на всички сили, действащи върху обекта. И накрая, третият закон на Нютон твърди, че за всяка сила съществува еднаква и противоположна сила в природа - „равностойната и противоположна реакция“ също понякога се прилага шеговито, но многозначително в ежедневието език.

Основният проект на цялата физика е разбирането на движението на обекти, включително много хора, които човешкото око не може да види и частици, чието съществуване може да е малко повече от игрива идея. Реалните приложения на закона за инерцията включват проектирането на предпазни устройства за превозни средства, включително, но не само седалка колани, които могат да осигурят външна сила за спиране на движението на тялото в случай на внезапна промяна във физиката на непосредствения околен свят.

Инерцията на даден обект също има интересни приложения в космическите пътувания. Например, след като дадено устройство избяга от гравитацията на Земята, то ще продължи по зададената от него траектория, докато не срещне друго гравитационно поле или обект. Космическите сонди могат да се изпращат на големи разстояния, без да е необходимо допълнително гориво, различно от това, което е необходимо за „бягство“ от Земята, извършване на малки навигационни промени или кацане на друг обект.

Както беше обсъдено по-рано, обектите, задвижвани на Земята, не изглежда веднага да имат намерение да продължат с постоянна скорост поради външната сила на триене. Тъй като триенето е практически навсякъде (дори въздухът налага голяма част от него при по-високи скорости) и постоянно се забавя обекти надолу, освен ако непрекъснато се добавят допълнителни сили за борба с него, пълната широта на закона на инерцията не е такава интуитивен.

Понякога наричана ротационна инерция,момент на инерцияе ъгловият аналог на инерцията. Това е свойство на тялото, което зависи от масата, радиуса и оста на въртене на тялото. ИнерцияАзе за въртеливо движение това, което масата е за линейно движение, но въпреки че инерцията и масата са аналози, инерцията има единици за маса, умножена по квадрата на разстоянието (напр. kg⋅м²).

Това количество описва колко трудно или лесно е да се промени въртенето на обекта, включително да се започне да се върти или да се спира, когато вече се върти.

Също така, докато линейната кинетична енергия се изразява като

ротационната кинетична енергия се дава от

където ω представляваъглова скороств радиани в секунда.

Важно е да се признае, че понятието инерция няма смисъл без прибягване до референтни рамки, илиинерционни рамки. Инерционният кадър е този, който може да се третира като неподвижен, така че на други обекти в кадъра могат да се присвоят значими стойности заv​, ​а​, ​rи така нататък. Това е рамка, в която законите на Нютон следователно се прилагат. На част от тази рамка, която често е самата Земя, обикновено се наслагва координатна система на мрежата.

Докато Земята, за всички практически цели, е „фиксирана“ по отношение на повечето ежедневни човешки начинания, внимателните експерименти могат да покажат, че физическите данни, събрани в лаборатория в даден местоположението се различава леко във времето благодарение на въртенето на Земята заедно с нейната революция около слънцето, транслационно движение през самата галактика Млечен път и т.н. На.

Личният опит също изглежда представлява нарушение на закона за инерцията. В почти всички случаи това недоразумение възниква от несъзнателното третиране на референтната рамка като инерционна, когато тя не е такава. Например, ако сте на движеща се въртележка, особено такава с висока ъглова скорост, имате чувството, че сте ускорени по всяко време настрани, вместо да се чувствате като тялото ви "иска" да продължи да се движи по права линия, допирателна до ръба на въртележка.