Můžete si představit setrvačnost jako záhadnou sílu, která vám brání dělat něco, co musíte udělat, jako je váš domácí úkol, ale to není to, co fyzici myslí tímto slovem. Ve fyzice je setrvačnost tendence předmětu zůstat v klidu nebo ve stavu rovnoměrného pohybu. Tato tendence závisí na hmotnosti, ale není to úplně totéž. Setrvačnost objektu můžete měřit použitím síly ke změně jeho pohybu. Setrvačnost je tendence objektu odolat aplikované síle.
Koncept setrvačnosti vychází z Newtonova prvního zákona
Protože dnes vypadají jako rozum, je těžké ocenit, jak revoluční Newtonovy tři pohybové zákony byly pro vědeckou komunitu té doby. Před Newtonem a Galileem měli vědci 2000 let starou víru, že objekty mají přirozenou tendenci odpočívat, pokud zůstanou samy. Galileo tuto víru řešil experimentem zahrnujícím nakloněná letadla, která stály proti sobě. Došel k závěru, že koule, která se bude pohybovat nahoru a dolů po těchto rovinách, bude navždy stoupat do stejné výšky, pokud nebude faktorem tření. Newton použil tento výsledek k formulování svého prvního zákona, který uvádí:
Každý objekt pokračuje ve svém klidovém stavu nebo pohybu v přímce, pokud na něj nepůsobí vnější síla.
Fyzici považují toto tvrzení za formální definici setrvačnosti.
Setrvačnost se mění s hmotou
Podle druhého Newtonova zákona je síla (F) potřebná ke změně stavu pohybu objektu součinem hmotnosti objektu (m) a zrychlení vyvolaného silou (a):
F = ma
Abyste pochopili, jak hmotnost souvisí se setrvačností, zvažte konstantní sílu FC působící na dvě různá těla. První tělo má hmotnost m1 a druhé tělo má hmotnost m2.
Při působení na m1, FC produkuje zrychlení a1:
(FC = m1A1)
Při působení na m2, produkuje zrychlení a2:
(FC = m2A2)
Protože FC je konstantní a nemění se, platí následující:
m1A1 = m2A2
a
m1/ m2 = a2/A1
Pokud m1 je větší než m2, pak víte a2 bude větší než a1 aby oba byli rovni FCa naopak.
Jinými slovy, hmotnost objektu je měřítkem jeho tendence odolávat síle a pokračovat ve stejném pohybovém stavu. Ačkoli hmotnost a setrvačnost neznamenají přesně to samé, setrvačnost se obvykle měří v jednotkách hmotnosti. V systému SI jsou jeho jednotkami gramy a kilogramy a v britském systému jsou jednotkami slimáci. Vědci obvykle nemluví o setrvačnosti v pohybových problémech. Obvykle diskutují o mši.
Moment setrvačnosti
Rotující těleso má také tendenci odolávat silám, ale protože je složeno ze souboru částic, které jsou v různých vzdálenostech od středu otáčení vědci hovoří spíše o jeho momentu setrvačnosti než o jeho setrvačnosti. Setrvačnost tělesa v lineárním pohybu lze přirovnat k jeho hmotnosti, ale výpočet momentu setrvačnosti rotujícího tělesa je komplikovanější, protože závisí na tvaru tělesa. Zobecněný výraz pro moment setrvačnosti (I) nebo rotující těleso o hmotnosti ma poloměru r je
I = kmr2
kde k je konstanta, která závisí na tvaru těla. Jednotky momentu setrvačnosti jsou (hmotnost) • (vzdálenost osa-rotace-hmotnost)2.