Hvad er inerti?

Du kan tænke på inerti som en mystisk kraft, der forhindrer dig i at gøre noget, du skal gøre, som dit hjemmearbejde, men det er ikke hvad fysikere mener med ordet. I fysik er inerti en genstands tendens til at forblive i ro eller i en tilstand af ensartet bevægelse. Denne tendens er afhængig af masse, men det er ikke nøjagtigt den samme ting. Du kan måle et objekts inerti ved at anvende en kraft til at ændre dets bevægelse. Inerti er objektets tendens til at modstå den påførte kraft.

Fordi de ser ud til at være så fornuftige i dag, er det svært at forstå, hvor revolutionerende Newtons tre bevægelseslove var for datidens videnskabelige samfund. Før Newton og Galileo havde forskere haft en 2000 år gammel tro på, at genstande havde en naturlig tendens til at hvile, hvis de blev alene. Galileo adresserede denne tro med et eksperiment, der involverede skrå fly, der stod overfor hinanden. Han konkluderede, at en kugle, der cyklede op og ned i disse fly, fortsatte med at stige til samme højde for evigt, hvis friktion ikke var en faktor. Newton brugte dette resultat til at formulere sin første lov, der siger:

Ethvert objekt fortsætter i sin tilstand af hvile eller bevægelse i en lige linje, medmindre det påvirkes af en ekstern kraft.

Fysikere betragter denne erklæring som den formelle definition af inerti.

Ifølge Newtons anden lov er kraften (F), der kræves for at ændre en genstands bevægelsestilstand, produktet af genstandens masse (m) og den acceleration, der frembringes af kraften (a):

F = ma

For at forstå, hvordan masse er relateret til inerti, skal du overveje en konstant kraft F_c virker på to forskellige kroppe. Den første krop har masse m₁ og den anden krop har masse m₂.

Når du handler på m₁, F_c frembringer en acceleration a₁:

(F_c = m₁-en₁)

Når du handler på m₂, det producerer en acceleration a₂:

(F_c = m₂-en₂)

Da F_c er konstant og ændrer sig ikke, følgende er sandt:

m₁-en₁ = m₂-en₂

og

m₁/ m₂ = a₂/en₁

Hvis m₁ er større end m₂, så kender du en₂ bliver større end en₁ at gøre begge lige F_c, og omvendt.

Med andre ord er genstandens masse et mål for dens tendens til at modstå kraften og fortsætte i samme bevægelsestilstand. Selvom masse og inerti ikke betyder nøjagtigt det samme, måles inerti normalt i masseenheder. I SI-systemet er dets enheder gram og kg, og i det britiske system er enhederne snegle. Forskere diskuterer normalt ikke inerti i bevægelsesproblemer. De diskuterer normalt masse.

Et roterende legeme har også en tendens til at modstå kræfter, men fordi det består af en samling partikler, der er i forskellige afstande fra centrum for rotation taler forskere om dets inertimoment snarere end dets inerti. Trægheden for et legeme i lineær bevægelse kan sidestilles med dets masse, men det er mere kompliceret at beregne inertimomentet for et roterende legeme, fordi det afhænger af kroppens form. Det generaliserede udtryk for inertimomentet (I) eller et roterende legeme med masse m og radius r er

Jeg = kmr²

hvor k er en konstant, der afhænger af kroppens form. Enhederne af inertimoment er (masse) • (akse-til-rotation-masseafstand)².