Inercija: Što je to i zašto je važno? (sa primjerima)

Svatko tko je ikada instinktivno stavio ruke na armaturnu ploču automobila očekujući da će se vozilo iznenada zaustaviti, razumije konceptinercija, čak i ako nikada nije posvetila neke posebne misli zakonima fizike.

Ovom upozorenom putniku možda neće pasti na pamet da isti fizički princip objašnjava zašto svjesno naginje glavu prema naslonu za glavu svog sjedala kad god vozač namjerava pritisnuti papučicu gasa: Iz iskustva zna da je vozač s "olovnim nogama" sposoban izlagati je riziku za udarac i izlagati sili usmjerenoj prema natrag kad automobil poleti.

Pomicanje prema ljestvici hitnosti, pokušavanje protresanja posljednjeg dijela preljeva za salatu ili kečapa iz boce, pokretanje atletski događaji poput skoka u dalj i kontinuiranog osciliranja stolice za ljuljanje nakon što prestanete pokušavati zaljuljati sve to predstavljaju primjerezakon tromosti, Prvi Newtonov zakon gibanja, u svakodnevnom životu.

Na svakodnevnoj razini mogli biste čuti šalu prijatelja koji ga je "inercija" spriječila da ustane iz kreveta i odjuri trčanje od 5 milja tog jutra. Iako takva oprostiva nerad nije tehnički formalni primjer inercije u svijetu fizike, ova vrsta lakog brbljanja o vlastitoj navodnoj sličnosti s lijenčinom ipak je ilustracija jednog od najvažnijih koncepata u svim primijenjenim fizika.

Princip inercije opisujetendencija objekta da ostane u stanju mirovanja ili da ostane u pokretu konstantnom brzinom.Stoga je to mjera otpora predmeta promjeni stanja, bilo da se radi o tijelu u pokretu ili nečemu što sjedi na stolu. Ako objekt ima veću inertnost, potrebno je više posla da bi promijenio svoje stanje, bilo da je to mirovanje ili konstantna brzina. Sukladno tome, objekti s manje inercije nalaze se u lakšim stanjima za promjenu.

Jedan od razloga što aspekt "konstantne brzine" možda nije intuitivan jest postojanje trenja. Kad loptu udarite niz polje, ona se odbije i na kraju zaustavi zbog trenja travnjaka. Ali ako bi se igralište moglo učiniti trenjem, lopta bi nastavila trajati konstantnom brzinom, osim ako je ne zaustavi vanjska sila. (Nepotrebno je reći, ovo stanje stvari također bi sigurno utjecalo na pravila igre igara s loptom - i na sve ostalo - na Zemlji.)

• Ponekad ćete vidjeti zakon tromosti koji se spominje s izrazom "konstantna brzina" umjesto "konstantna brzina". Iako je istina, ovo nije dovoljno opisno; brzina je samo veličina (vrijednost broja), dok je brzina vektorska veličina i stoga uključuje i smjer (x, y, z).

Isaac Newton (1642.-1726.) Ostaje posjednik jednog od najistaknutijih intelekata u povijesti čovječanstva, ustvari okupio matematičku disciplinu računa od nule i pridonoseći znanju o kretanju tijela koje je nadahnulo Galilea Galileija, samog po sebi velikog arhitekta astrofizičkih ideja, i bezbroj drugi.

Newtonov prvi zakon ponekad se naziva i zakonom inercije, jer opisuje tu tendenciju predmeta kao ovisnu o prisutnosti ili odsutnosti vanjske sile. Bez neto sile na objekt, njegovo se kretanje neće promijeniti. Kao takav, ovaj zakon ne pridonosi jednadžbama pokreta koje je također razvio Newton, možda pomažući objasniti zašto ga neki studenti ne poznaju.

​Newtonov drugi zakonpredlaže da sile djeluju na ubrzavanje masa, ili matematički,

Ovaj zakon povezuje neto silu u sustavu, uključujući smjer, s masom i kretanjem njegovih čestica. Da biste izračunali neto silu, jednostavno uzimate vektorski zbroj svih sila koje djeluju na objekt. Konačno, Newtonov treći zakon tvrdi da za svaku silu postoji jednaka i suprotna sila u priroda - "jednaka i suprotna reakcija" također se ponekad primjenjuje u šali, ali znakovito u svakodnevnom životu Jezik.

Osnovni projekt cijele fizike je razumijevanje kretanja predmeta, uključujući mnoge koje ljudsko oko ne može vidjeti i čestice čije postojanje može biti malo više od razigrane ideje. Stvarne primjene zakona o tromosti uključuju dizajn sigurnosnih uređaja za vozila, uključujući, ali ne ograničavajući se na sjedala pojasevi, koji mogu pružiti vanjsku silu koja zaustavlja gibanje tijela u slučaju nagle promjene fizike neposrednog okoliš.

Inercija predmeta također ima zanimljive namjene u svemirskim putovanjima. Na primjer, jednom kada uređaj pobjegne Zemljinoj gravitaciji, nastavit će se zadanom putanjom dok ne naiđe na drugo gravitacijsko polje ili objekt. Svemirske sonde mogu se slati na velike udaljenosti bez ikakvog dodatnog goriva potrebnog osim onog potrebnog za "bijeg" sa Zemlje, donošenje manjih navigacijskih promjena ili slijetanje na drugi objekt.

Kao što je ranije spomenuto, čini se da objekti pokrenuti na Zemlji nemaju "namjeru" da nastave stalnom brzinom zbog vanjske sile trenja. Budući da je trenje gotovo svugdje (čak ga i zrak nameće velikom brzinom) i stalno usporava objekte, osim ako se neprestano ne dodaju dodatne snage za borbu protiv njega, širina zakona tromosti nije intuitivno.

Ponekad se naziva i rotacijska inercija,trenutak tromostije kutni analog inercije. To je svojstvo tijela koje ovisi o masi tijela, radijusu i osi rotacije. InercijaJaje rotacijskom kretanju ono što je masa linearnom gibanju, ali iako su inercija i masa analogni, inercija ima jedinice mase pomnožene s kvadratom udaljenosti (npr. kg⋅m²).

Ova količina opisuje koliko je teško ili jednostavno promijeniti rotaciju objekta, uključujući i pokretanje ili zaustavljanje kad se već okreće.

Također, dok se linearna kinetička energija izražava kao

rotacijsku kinetičku energiju daje

gdje ω predstavljakutna brzinau radijanima u sekundi.

Važno je prepoznati da koncept inercije ne bi imao smisla bez pribjegavanja referentnim okvirima, iliinercijski okviri. Inercijalni okvir je onaj koji se može tretirati kao stacionarni tako da se drugim objektima u okviru mogu dodijeliti značajne vrijednosti zav​, ​a​, ​ri tako dalje. To je okvir u kojem se stoga primjenjuju Newtonovi zakoni. Mrežni koordinatni sustav obično je postavljen na dio ovog okvira, a to je često i sama Zemlja.

Iako je Zemlja, u sve praktične svrhe, "fiksna" u odnosu na većinu svakodnevnih pothvata čovjeka, pažljivi eksperimenti mogu pokazati da fizički podaci prikupljeni u laboratoriju u danom trenutku položaj se vremenom malo razlikuje zahvaljujući rotaciji Zemlje, zajedno s njezinom revolucijom oko Sunca, translacijskim kretanjem kroz samu galaksiju Mliječni put i tako dalje na.

Čini se da osobno iskustvo također predstavlja kršenje zakona o tromosti. U gotovo svim slučajevima ovaj nesporazum proizlazi iz nesvjesnog tretiranja referentnog okvira kao inercijskog kad nije. Na primjer, ako se nalazite u vrtuljku u pokretu, posebno onom s velikom kutnom brzinom, osjećate se kao da vas ubrzavaju cijelo vrijeme bočno, umjesto da se osjećate kao da vaše tijelo "želi" nastaviti se kretati ravno u tangenti na rub vrtuljak.