Cualquiera que haya apoyado instintivamente sus manos en el tablero de un automóvil antes de que el vehículo se detenga repentinamente comprende el concepto deinercia, incluso si nunca ha dedicado pensamientos específicos a las leyes de la física.
Puede que a este pasajero alerta no se le ocurra que el mismo principio físico explica por qué inclina conscientemente la cabeza hacia atrás contra el reposacabezas de su asiento cuando el conductor está a punto de hacerlo. Pisar el acelerador: Sabe por experiencia que un conductor con "pies adelantados" puede ponerla en riesgo de sufrir un latigazo cervical y someterla a una fuerza dirigida hacia atrás cuando el automóvil despega.
Bajar en la escala de urgencia, tratar de sacar el último trozo de aderezo para ensaladas o salsa de tomate de una botella agitándola, empezar a correr en eventos atléticos como el salto de longitud y la oscilación continua de una mecedora después de que dejas de intentar mecerlo, todos representan ejemplos de laley de inercia, La primera ley del movimiento de Newton, en la vida cotidiana.
A nivel diario, es posible que escuche a un amigo bromear diciendo que la "inercia" le impidió levantarse de la cama y hacer una carrera de 5 millas esa mañana. Si bien tal indolencia perdonable no es técnicamente un ejemplo formal de inercia en el mundo de la física, este tipo de charla alegre acerca de la supuesta semejanza de uno con un perezoso es, sin embargo, ilustrativo de uno de los conceptos más importantes en todos los física.
¿Qué es la inercia en física?
El principio de inercia describela tendencia de un objeto a permanecer en un estado de reposo o permanecer en movimiento a una velocidad constante.Por lo tanto, es una medida de la resistencia de un objeto a cambiar su estado, ya sea un cuerpo en movimiento o algo sentado sobre una mesa. Si un objeto tiene más inercia, requiere más trabajo para cambiar su estado, ya sea en reposo o una velocidad constante. En consecuencia, los objetos con menos inercia se encuentran en estados más fáciles de cambiar.
Una razón por la que el aspecto de "velocidad constante" puede no ser intuitivo es la existencia de fricción. Cuando pateas una pelota en un campo, rebota y finalmente rueda hasta detenerse debido a la fricción del césped. Pero si el campo de juego pudiera quedar sin fricción, la pelota seguiría moviéndose eternamente a una velocidad constante a menos que una fuerza externa la detuviera. (No hace falta decir que este estado de cosas también afectaría las reglas de juego de los juegos de pelota, y todo lo demás, en la Tierra).
- A veces, verá la ley de la inercia mencionada con el término "velocidad constante" en lugar de "velocidad constante". Si bien es cierto, esto no es lo suficientemente descriptivo; la velocidad es solo una magnitud (valor numérico), mientras que la velocidad es una cantidad vectorial y, por lo tanto, también incluye la dirección (x, y, z).
Leyes del movimiento de Newton
Isaac Newton (1642-1726) sigue siendo el poseedor de uno de los intelectos más notables de la historia humana, habiendo reunido en efecto la disciplina matemática del cálculo. desde cero y aportando conocimiento sobre el movimiento de los cuerpos que inspiró a Galileo Galilei, un gran arquitecto de ideas astrofísicas por derecho propio, e innumerables otros.
La primera ley de Newton a veces se denomina ley de inercia porque describe esta tendencia de un objeto como dependiente de la presencia o ausencia de una fuerza externa. Sin fuerza neta sobre un objeto, su movimiento no cambiará. Como tal, esta ley no contribuye a las ecuaciones de movimientos también desarrolladas por Newton, lo que quizás ayude a explicar por qué algunos estudiantes no están familiarizados con ella.
Segunda ley de Newtonpropone que las fuerzas actúan para acelerar masas, o matemáticamente,
F_ {net} = ma
Esta ley relaciona la fuerza neta en un sistema, incluida la dirección, con la masa y el movimiento de sus partículas. Para calcular la fuerza neta, simplemente toma la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. Finalmente, la tercera ley de Newton afirma que para cada fuerza existe una fuerza igual y opuesta en naturaleza - la "reacción igual y opuesta" también se aplica a veces en broma pero de manera reveladora en la vida diaria idioma.
Por qué es importante la inercia
El proyecto básico de toda la física es comprender el movimiento de los objetos, incluidos muchos que el ojo humano no puede ver y partículas cuya existencia puede ser poco más que una idea lúdica. Las aplicaciones de la ley de la inercia en el mundo real incluyen el diseño de dispositivos de seguridad para vehículos, incluidos, entre otros, los asientos. cinturones, que pueden proporcionar una fuerza externa para detener el movimiento de un cuerpo en caso de un cambio repentino en la física de lo inmediato ambiente.
La inercia de un objeto también tiene usos interesantes en los viajes espaciales. Por ejemplo, una vez que un dispositivo escapa de la gravedad de la Tierra, continuará en su trayectoria dada hasta que encuentre otro campo u objeto gravitacional. Las sondas espaciales pueden enviarse a grandes distancias sin necesidad de ningún combustible adicional que no sea el necesario para "escapar" de la Tierra, realizar cambios menores de navegación o aterrizar en otro objeto.
Como se discutió anteriormente, los objetos que se ponen en movimiento en la Tierra no parecen estar "decididos" inmediatamente a continuar a una velocidad constante debido a la fuerza externa de fricción. Porque la fricción está prácticamente en todas partes (incluso el aire impone una gran cantidad a velocidades más altas) y está disminuyendo constantemente objetos hacia abajo a menos que se agreguen continuamente fuerzas adicionales para combatirlo, la amplitud de la ley de la inercia no es intuitivo.
Momento de inercia
A veces llamada inercia rotacional, lamomento de inerciaes el análogo angular de la inercia. Es una propiedad de un cuerpo que depende de la masa, el radio y el eje de rotación del cuerpo. InerciaIes al movimiento de rotación lo que la masa es al movimiento lineal, pero aunque la inercia y la masa son análogas, la inercia tiene unidades de masa multiplicadas por el cuadrado de la distancia (por ejemplo, kg⋅metro2).
Esta cantidad describe qué tan difícil o fácil es cambiar la rotación de un objeto, incluso hacer que comience a girar o detenerlo cuando ya está girando.
Además, mientras que la energía cinética lineal se expresa como
KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2
La energía cinética rotacional viene dada por
KE_ {rot} = \ frac {1} {2} I \ omega ^ 2
donde ω representavelocidad angularen radianes por segundo.
Inercia rotacional: discusión adicional
Es importante reconocer que el concepto de inercia no tendría sentido sin recurrir a marcos de referencia, omarcos inerciales. Un marco inercial es aquel que puede tratarse como estacionario para que a otros objetos en el marco se les puedan asignar valores significativos parav, a, ry así. Es un marco en el que, por tanto, se aplican las leyes de Newton. Un sistema de coordenadas de cuadrícula generalmente se superpone en parte de este marco, que a menudo es la propia Tierra.
Si bien la Tierra, para todos los propósitos prácticos, está "fija" en relación con la mayoría de los esfuerzos humanos cotidianos, experimentos cuidadosos pueden mostrar que los datos físicos recopilados en un laboratorio la ubicación difiere ligeramente con el tiempo gracias a la rotación de la Tierra junto con su revolución alrededor del sol, el movimiento de traslación a través de la propia Vía Láctea y así en.
La experiencia personal también parece presentar violaciones de la ley de la inercia. En casi todos los casos, este malentendido surge de tratar, sin saberlo, un marco de referencia como inercial cuando no lo es. Por ejemplo, si está en un tiovivo en movimiento, especialmente uno con una alta velocidad angular, se siente como si lo aceleraran. de lado en todo momento, en lugar de sentir que su cuerpo "quiere" seguir moviéndose en línea recta tangente al borde de la tiovivo.
