Mikä on hitaus?

Saatat ajatella inertiaa salaperäisenä voimana, joka estää sinua tekemästä jotain, mitä sinun on tehtävä, kuten kotitehtäväsi, mutta fyysikot eivät tarkoita sitä sanalla. Fysiikassa inertia on kohteen taipumus pysyä levossa tai tasaisessa liikkeessä. Tämä taipumus riippuu massasta, mutta se ei ole aivan sama asia. Voit mitata kohteen hitautta käyttämällä voimaa sen liikkeen muuttamiseksi. Inertia on kohteen taipumus vastustaa käytettyä voimaa.

Koska ne näyttävät nykyään olevan niin yleisiä, on vaikea ymmärtää kuinka vallankumoukselliset Newtonin kolme liikelakia olivat tuon ajan tiedeyhteisölle. Ennen Newtonia ja Galileota tutkijat olivat uskoneet 2000 vuotta vanhaksi, että esineillä on luonnollinen taipumus levätä, jos ne jätetään yksin. Galileo käsitteli tätä vakaumusta kokeilemalla kallistettuja tasoja, jotka olivat vastakkain. Hän päätyi siihen, että pallo, joka pyöräilee näitä lentokoneita ylös ja alas, nousee edelleen samalle korkeudelle ikuisesti, ellei kitka olisi tekijä. Newton käytti tätä tulosta muotoillessaan ensimmäisen lakinsa, jossa todetaan:

Jokainen esine jatkuu lepo- tai liikkeessä suorassa linjassa, ellei ulkopuolinen voima vaikuta siihen.

Fyysikot pitävät tätä lausuntoa inertian muodollisena määritelmänä.

Newtonin toisen lain mukaan voima (F), joka tarvitaan kohteen liiketilan muuttamiseen, on kohteen massan (m) ja voiman tuottaman kiihtyvyyden tulo (a):

F = ma

Harkitse vakiovoima F ymmärtääksesi kuinka massa liittyy hitauteen_c toimii kahdessa eri elimessä. Ensimmäisen ruumiin massa on m₁ ja toisen rungon massa on m₂.

Kun toimii m₁, F_c tuottaa kiihtyvyyden a₁:

(F_c = m₁a₁)

Kun toimii m₂, se tuottaa kiihtyvyyden a₂:

(F_c = m₂a₂)

Koska F_c on vakio eikä muutu, seuraava on totta:

m₁a₁ = m₂a₂

ja

m₁/ m₂ = a₂/ a₁

Jos m₁ on suurempi kuin m₂, niin tiedät a₂ on suurempi kuin a₁ jotta molemmat olisivat yhtä suuret kuin F_c, ja päinvastoin.

Toisin sanoen esineen massa mittaa sen taipumusta vastustaa voimaa ja jatkaa samassa liiketilassa. Vaikka massa ja inertia eivät tarkoita täsmälleen samaa, hitaus mitataan yleensä massayksiköinä. SI-järjestelmässä sen yksiköt ovat grammaa ja kilogrammaa, ja Ison-Britannian järjestelmässä yksiköt ovat etanoita. Tutkijat eivät yleensä keskustele inertiasta liikkumisongelmissa. He keskustelevat yleensä massasta.

Pyörivällä kappaleella on taipumus vastustaa voimia, mutta koska se koostuu joukosta hiukkasia, jotka ovat Eri etäisyyksillä pyörimiskeskipisteestä tutkijat puhuvat sen hitausmomentista pikemminkin kuin sen hitaus. Lineaarisessa liikkeessä olevan kappaleen hitaus voidaan rinnastaa sen massaan, mutta pyörivän kappaleen hitausmomentin laskeminen on monimutkaisempaa, koska se riippuu rungon muodosta. Yleinen hitausmomentin (I) tai pyörivän massan m ja säteen r kappale on

I = kmr²

missä k on vakio, joka riippuu ruumiin muodosta. Hitausmomentin yksiköt ovat (massa) • (akseli-pyörimis-massa-etäisyys)².