Was ist Trägheit?

Sie mögen sich Trägheit als eine mysteriöse Kraft vorstellen, die Sie davon abhält, etwas zu tun, was Sie tun müssen, wie Ihre Hausaufgaben, aber das ist nicht das, was Physiker mit diesem Wort meinen. In der Physik ist Trägheit die Tendenz eines Objekts, in Ruhe oder in einem Zustand gleichförmiger Bewegung zu bleiben. Diese Tendenz hängt von der Masse ab, ist aber nicht genau dasselbe. Sie können die Trägheit eines Objekts messen, indem Sie eine Kraft anwenden, um seine Bewegung zu ändern. Trägheit ist die Tendenz des Objekts, der aufgebrachten Kraft zu widerstehen.

Weil sie heute so vernünftig erscheinen, ist es schwer zu verstehen, wie revolutionär Newtons drei Bewegungsgesetze für die damalige wissenschaftliche Gemeinschaft waren. Vor Newton und Galileo hatten Wissenschaftler eine 2000 Jahre alte Überzeugung vertreten, dass Objekte eine natürliche Tendenz haben, zur Ruhe zu kommen, wenn sie in Ruhe gelassen werden. Galileo ging dieser Überzeugung mit einem Experiment mit schiefen Ebenen entgegen, die sich gegenüberstehen. Er kam zu dem Schluss, dass ein Ball, der diese Ebenen auf und ab bewegt, für immer auf dieselbe Höhe steigen würde, wenn Reibung kein Faktor wäre. Newton verwendet dieses Ergebnis, um sein Erstes Gesetz zu formulieren, das besagt:

Jedes Objekt verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder Bewegung in einer geraden Linie, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft beeinflusst.

Physiker betrachten diese Aussage als die formale Definition von Trägheit.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist die Kraft (F), die erforderlich ist, um den Bewegungszustand eines Objekts zu ändern, das Produkt aus der Masse des Objekts (m) und der durch die Kraft (a) erzeugten Beschleunigung:

F = ma

Um den Zusammenhang zwischen Masse und Trägheit zu verstehen, betrachten Sie eine konstante Kraft F_c wirkt auf zwei verschiedene Körper. Der erste Körper hat die Masse m₁ und der zweite Körper hat die Masse m₂.

Beim Handeln auf m₁, F_c erzeugt eine Beschleunigung a₁:

(F_c = m₁ein₁)

Beim Handeln auf m₂, es erzeugt eine Beschleunigung a₂:

(F_c = m₂ein₂)

Da F_c konstant ist und sich nicht ändert, gilt Folgendes:

ich₁ein₁ = m₂ein₂

und

ich₁/m₂ = a₂/ein₁

Wenn ich₁ ist größer als m₂, dann weißt du a₂ wird größer sein als a₁ beide gleich F. machen_c, und umgekehrt.

Mit anderen Worten, die Masse des Objekts ist ein Maß für seine Tendenz, der Kraft zu widerstehen und im gleichen Bewegungszustand fortzufahren. Obwohl Masse und Trägheit nicht genau dasselbe bedeuten, wird Trägheit normalerweise in Masseneinheiten gemessen. Im SI-System sind seine Einheiten Gramm und Kilogramm, und im britischen System sind die Einheiten Schnecken. Wissenschaftler diskutieren normalerweise nicht über Trägheit bei Bewegungsproblemen. Sie diskutieren normalerweise über Masse.

Ein rotierender Körper neigt auch dazu, Kräften zu widerstehen, aber weil er aus einer Ansammlung von Partikeln besteht, die in verschiedenen Abständen vom Rotationszentrum sprechen Wissenschaftler eher von seinem Trägheitsmoment als von seiner Trägheit. Die Trägheit eines Körpers in linearer Bewegung kann seiner Masse gleichgesetzt werden, aber die Berechnung des Trägheitsmoments eines rotierenden Körpers ist komplizierter, da es von der Form des Körpers abhängt. Der verallgemeinerte Ausdruck für das Trägheitsmoment (I) eines rotierenden Körpers der Masse m und des Radius r ist

ich = kmr²

wobei k eine Konstante ist, die von der Form des Körpers abhängt. Die Einheiten des Trägheitsmoments sind (Masse) • (Achse-zu-Rotation-Masse-Abstand)².