Inerts: mis see on ja miks see oluline on? (koos näidetega)

Igaüks, kes on oma käed instinktiivselt auto armatuurlauale kinnitanud ootuses, et sõiduk ootamatult peatub, mõistab mõistetinerts, isegi kui ta pole kunagi füüsikaseadustele mingeid konkreetseid mõtteid pühendanud.

Sellel tähelepanelikul reisijal ei pruugi pähe tulla, et sama füüsiline põhimõte selgitab, miks ta teadlikult pea tagasi istme peatoe vastu kallutab, kui juht just kavatseb vajutage gaasipedaali: ta teab oma kogemustest, et "pliijalgne" juht on võimeline ohustama teda piitsutamise vastu ja auto õhkutõusmisel allapoole suunatud jõule.

Kiireloomulises skaalas alla liikumine, proovides seda viimast tükki salatikastet või ketšupit pudelist välja raputada, käivitades sisse sportlikud sündmused, nagu kaugushüpe ja kiiktooli jätkuv võnkumine pärast seda, kui olete kõik proovinud lõpetada, on näitedinertsiseadus, Newtoni esimene liikumisseadus igapäevaelus.

Igapäevases plaanis võite kuulda sõbra nalja, et "inerts" ei võimaldanud tal hommikul voodist tõusta ja viie miili jooksu teha. Ehkki selline andestatav jultumus ei ole tehniliselt füüsiline füüsiline näide inertsist, on selline kergemeelne lobisemine omaenda oletatava sarnasuse kohta laisklaavaga illustreerib sellest hoolimata ühte kõige olulisemat mõistet Füüsika.

Inertsi põhimõte kirjeldabeseme kalduvus jääda puhkeseisundisse või püsida liikumises püsiva kiirusega.Seega on see mõõdik objekti vastupanuvõimele oleku muutmisel, olgu see siis liikuv keha või midagi muud, mis istub laual. Kui objektil on suurem inerts, nõuab selle oleku muutmiseks rohkem tööd, olgu see siis puhkus või püsikiirus. Vastavalt on väiksema inertsiga objektid kergemini muudetavas olekus.

Üks põhjus, miks "püsikiiruse" aspekt ei pruugi olla intuitiivne, on hõõrdumine. Kui lööd palli väljakult alla, siis see põrkab ja veereb muru hõõrdumise tõttu lõpuks seisma. Kuid kui mänguvälja saaks muuta hõõrdetuks, jätkaks pall igavesti püsikiirusel, kui seda ei takista väline jõud. (Ütlematagi selge, et see asjade seis mõjutab kindlasti ka pallimängude - ja kõige muu - mängureegleid Maal.)

• Mõnikord näete inertsiseadust, mida nimetatakse püsiva kiiruse asemel mõistega "püsikiirus". Ehkki see on tõsi, pole see piisavalt kirjeldav; kiirus on ainult suurusjärk (arvväärtus), samas kui kiirus on vektor suurus ja hõlmab seetõttu ka suunda (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) on inimkonna ajaloo ühe tähelepanuväärsema intellekti valdaja, olles tegelikult kokku pannud matemaatilise distsipliini nullist ja teadmiste andmine kehade liikumise kohta, mis inspireeris omaette astrofüüsikaideede suurepärast arhitekti Galileo Galileit ja lugematuid teised.

Newtoni esimest seadust nimetatakse mõnikord inertsiseaduseks, kuna see kirjeldab objekti sellist kalduvust sõltuvana välise jõu olemasolust või puudumisest. Kui objektil puudub netojõud, ei muutu selle liikumine. Iseenesest ei ole see seadus ka Newtoni välja töötatud liikumisvõrrandite toetaja, aidates ehk selgitada, miks mõned õpilased seda ei tunne.

​Newtoni teine ​​seadusteeb ettepaneku, et jõud toimiksid masside kiirendamiseks või matemaatiliselt

See seadus seob süsteemi netojõu, sealhulgas suuna, osakeste massi ja liikumisega. Netojõu arvutamiseks võetakse lihtsalt kõigi objektile mõjuvate jõudude vektorsumma. Lõpuks väidab Newtoni kolmas seadus, et iga jõu jaoks on olemas võrdne ja vastupidine jõud loodus - "võrdne ja vastupidine reaktsioon" kehtis ka igapäevaselt naljaga, kuid kõnekalt keel.

Kogu füüsika põhiprojekt on objektide liikumise mõistmine, sealhulgas paljude inimeste silm ei näe ja osakesed, mille olemasolu võib olla midagi muud kui mänguline idee. Inertsiseaduse reaalsetes rakendustes on ka sõidukite turvaseadmete, sealhulgas, kuid mitte ainult, istmete disain vööd, mis võivad anda välise jõu keha liikumise peatamiseks, kui äkilise füüsika muutused keskkond.

Objekti inertsil on huvitavaid kasutusviise ka kosmosereisidel. Näiteks kui seade pääseb Maa gravitatsioonist, jätkab ta oma antud trajektooril seni, kuni kohtab mõnda muud gravitatsioonivälja või objekti. Kosmosesonde saab saata suurel vahemaal, ilma et oleks vaja muud kütust kui see, mis on vajalik Maa "põgenemiseks", väiksemate navigatsioonimuudatuste kehtestamiseks või teisele objektile maandumiseks.

Nagu varem arutletud, näib, et Maal liikuma pandud objektid ei kavatse välise hõõrdejõu tõttu kohe "kavatseda" jätkata püsikiirusel. Kuna hõõrdumine on praktiliselt kõikjal (isegi õhk surub seda suurematel kiirustel palju) ja aeglustub pidevalt objektid allapoole, kui selle vastu võitlemiseks ei lisata pidevalt täiendavaid jõude, pole inertsiseaduse puhas ulatus intuitiivne.

Mõnikord nimetatakse rotatsiooni inertsiks,inertsimomenton inertsi nurga analoog. See on keha omadus, mis sõltub keha massist, raadiusest ja pöörlemisteljest. InertsMinaon pöörlemisliigutusele, mis mass on lineaarsele liikumisele, kuid kuigi inerts ja mass on analoogid, on inertsil massiühikud ja kauguse ruut (nt kg)⋅m²).

See kogus kirjeldab, kui raske või lihtne on objekti pööramist muuta, sealhulgas pöörlema ​​hakata või peatada, kui see juba pöörleb.

Ka lineaarne kineetiline energia väljendatakse

pöörlemiskineetiline energia antakse

kus ω tähistabnurkkiirusradiaanides sekundis.

Oluline on tõdeda, et inertsuse kontseptsioonil ei oleks mõtet ilma viiteraame kasutamata võiinertsiaalsed raamid. Inertsiaalne kaader on selline, mida saab käsitleda statsionaarsena, nii et teistele kaadri objektidele saab määrata tähenduslikud väärtusedv​, ​a​, ​rja nii edasi. See on raamistik, milles seetõttu kehtivad Newtoni seadused. Selle raami osale, milleks on sageli Maa ise, on tavaliselt ruudustiku koordinaatide süsteem.

Kui Maa on kõigil praktilistel eesmärkidel enamiku igapäevaste ettevõtmiste suhtes "fikseeritud", võivad hoolikad katsed näidata, et antud laboris kogutud füüsilised andmed asukoht erineb aja jooksul veidi tänu Maa pöörlemisele koos pööretega ümber päikese, translatiivsele liikumisele läbi Linnutee galaktika enda ja nii peal.

Isiklik kogemus näib olevat ka inertsiseaduse rikkumine. Peaaegu kõikidel juhtudel tuleneb see vääritimõistmine referentsraami teadmatust käsitlemisest inertsina, kui see pole nii. Näiteks kui olete liikuval, eriti suure nurkkiirusega karussellil, tunnete end justkui kiirendatuna kogu aeg külili, selle asemel et tunda, et keha "tahab" liikuda sirgjooneliselt, puutudes kokku karussell.