Inerti: Hvad er det og hvorfor er det vigtigt? (med eksempler)

Enhver, der nogensinde instinktivt har støttet hænderne på bilens instrumentbræt i forventning om, at køretøjet stopper pludselig, forstår begrebetinerti, selvom hun aldrig har viet nogen specifikke tanker til fysikens love.

Det kan ikke forekomme denne opmærksomme passager, at det samme fysiske princip forklarer, hvorfor hun bevidst vipper hovedet tilbage mod sædets nakkestøtte, når føreren er ved at tryk på gaspedalen: Hun ved af erfaring, at en "blyfodet" chauffør er tilbøjelig til at sætte hende i fare for piskesmæld og udsætte hende for en bagudrettet kraft, når bilen starter.

Bevægelse ned på hastighedsskalaen og forsøge at få den sidste smule salatdressing eller ketchup ud af en flaske ved at ryste den, få en løbende start i atletiske begivenheder som længdespring og den fortsatte svingning af en gyngestol, når du holder op med at prøve at vippe det hele, repræsenterer eksempler pålov om inerti, Newtons første bevægelseslov i hverdagen.

På dagligdag kan du muligvis høre en ven joke om, at "inerti" forhindrede ham eller hende i at komme ud af sengen og køre en 5-mile løb den morgen. Selvom sådan tilgivelig slaphed ikke teknisk set er et formelt eksempel på inerti i fysikens verden, er denne form for lystig snak om ens egen formodede lighed med en dovendyr er ikke desto mindre illustrativt for et af de vigtigste begreber i alle anvendte fysik.

Træghedsprincippet beskriveren genstands tendens til at forblive i en hviletilstand eller forblive i bevægelse med en konstant hastighed.Det er således et mål for et objekts modstand mod at ændre dets tilstand, det være sig en bevægende krop eller noget der sidder på et bord. Hvis et objekt har mere inerti, kræver det mere arbejde for at ændre dets tilstand, det være sig hvile eller en konstant hastighed. Tilsvarende er genstande med mindre inerti i lettere at ændre tilstande.

En af grundene til, at "konstant hastighed" -aspektet muligvis ikke er intuitivt, er eksistensen af ​​friktion. Når du sparker en bold ned ad et felt, hopper den og ruller til sidst til et stop på grund af plænens friktion. Men hvis spillerne kunne gøres gnidningsfrie, ville bolden fortsætte for evigt med konstant hastighed, medmindre den blev stoppet af en ekstern styrke. (Det er overflødigt at sige, at denne tilstand af ting også helt sikkert vil påvirke spillereglerne for boldspil - og alt andet - på jorden.)

• Nogle gange vil du se inertiloven nævnt med udtrykket "konstant hastighed" i stedet for "konstant hastighed." Selvom det er sandt, er dette ikke beskrivende nok; hastighed er kun en størrelsesorden (talværdi), hvorimod hastighed er en vektormængde og derfor også inkluderer retning (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) forbliver indehaver af en af ​​de mest bemærkelsesværdige intelligenser i menneskehedens historie, idet han faktisk har samlet den matematiske disciplin af calculus fra bunden og bidrager med viden om bevægelse af kroppe, der inspirerede Galileo Galilei, en stor arkitekt for astrofysikideer i sig selv og utallige andre.

Newtons første lov kaldes undertiden inertiloven, fordi den beskriver denne objekts tendens som afhængig af tilstedeværelsen eller fraværet af en ekstern kraft. Uden nettokraft på et objekt ændres dets bevægelse ikke. Som sådan bidrager denne lov ikke til ligningen af ​​bevægelser, som også er udviklet af Newton, og måske hjælper den med at forklare, hvorfor nogle studerende ikke er fortrolige med den.

​Newtons anden lovforeslår, at kræfter virker for at accelerere masser eller matematisk,

Denne lov vedrører nettokraft i et system, inklusive retningen, med massen og bevægelsen af ​​dets partikler. For at beregne nettokraft tager du simpelthen vektorsummen af ​​alle kræfter, der virker på objektet. Endelig hævder Newtons tredje lov, at der for hver styrke findes en lige og modsat styrke i naturen - den "lige og modsatte reaktion" blev også undertiden anvendt sjovt men fortællende i hverdagen Sprog.

Det grundlæggende projekt for al fysik er at forstå bevægelsen af ​​objekter, herunder mange, som det menneskelige øje ikke kan se og partikler, hvis eksistens kan være lidt mere end en legende idé. Virkelige anvendelser af inertiloven inkluderer design af sikkerhedsanordninger til køretøjer, inklusive men ikke begrænset til sæde bælter, der kan give en ekstern kraft til at stoppe kroppens bevægelse i tilfælde af en pludselig ændring i den umiddelbare fysiks miljø.

Træghed af et objekt har også interessante anvendelser i rumrejser. For eksempel, når en enhed først undslipper Jordens tyngdekraft, fortsætter den på sin givne bane, indtil den støder på et andet tyngdefelt eller objekt. Romsonder kan sendes store afstande uden yderligere brændstof krævet andet end det, der er nødvendigt for at "undslippe" Jorden, vedtage mindre navigationsændringer eller lande på et andet objekt.

Som diskuteret tidligere ser objekter, der sættes i bevægelse på Jorden, ikke straks ud til at være "intentioner" om at fortsætte med en konstant hastighed på grund af den eksterne friktionskraft. Fordi friktion er stort set overalt (selv luft påfører meget af det ved højere hastigheder) og bremser konstant modsætter sig, medmindre der løbende tilføjes yderligere kræfter for at bekæmpe det, er den store bredde af inertiloven ikke intuitiv.

Nogle gange kaldes rotationsinerti, deninerti øjebliker vinkelanalogen af ​​inerti. Det er en egenskab ved et legeme, der afhænger af kroppens masse, radius og rotationsakse. Inertijeger rotationsbevægelse, hvad masse er til lineær bevægelse, men selv om inerti og masse er analoge, har inerti masseenheder gange kvadratet for afstanden (fx kg⋅m²).

Denne mængde beskriver, hvor svært eller let det er at ændre et objekts rotation, herunder at få det i gang med at rotere eller stoppe det, når det allerede roterer.

Også mens lineær kinetisk energi udtrykkes som

roterende kinetisk energi er givet af

hvor ω repræsentererVinkelhastighedi radianer pr. sekund.

Det er vigtigt at erkende, at begrebet inerti ikke giver mening uden at bruge referencerammer, ellerinerti rammer. En inertiramme er en, der kan behandles som stationær, så andre objekter i rammen kan tildeles meningsfulde værdier forv​, ​-en​, ​rog så videre. Det er en ramme, hvor Newtons love derfor finder anvendelse. Et gitterkoordinatsystem er normalt overlejret på en del af denne ramme, som ofte er selve jorden.

Mens Jorden til alle praktiske formål er "fast" i forhold til de fleste daglige menneskelige bestræbelser, kan omhyggelige eksperimenter vise, at fysiske data indsamlet i et laboratorium i en given placering adskiller sig lidt over tid takket være jordens rotation sammen med dens revolution omkring solen, translationel bevægelse gennem selve Mælkevejsgalaksen og så på.

Personlig erfaring synes også at være en overtrædelse af inertiloven. I næsten alle tilfælde opstår denne misforståelse ved ubevidst at behandle en referenceramme som inerti, når den ikke er det. For eksempel, hvis du er på en glædelig runde, især en med en høj vinkelhastighed, har du det som om du bliver accelereret sidelæns på alle tidspunkter i stedet for at føle, at din krop "ønsker" at bevæge sig i en lige linje, der er tangent til glædelig tur.