Što je inercija?

Možda mislite o inerciji kao o tajanstvenoj sili koja vas sprječava da učinite nešto što morate učiniti, poput domaće zadaće, ali fizičari to ne misle pod riječju. U fizici je inercija tendencija predmeta da ostane u mirovanju ili u stanju jednolikog kretanja. Ova tendencija ovisi o masi, ali nije potpuno ista stvar. Možete izmjeriti tromost predmeta primjenom sile koja mijenja njegovo kretanje. Inercija je težnja objekta da se odupre primijenjenoj sili.

Budući da se danas čine tako zdravim razumom, teško je shvatiti koliko su revolucionarna Newtonova tri zakona pokreta bila za tadašnju znanstvenu zajednicu. Prije Newtona i Galilea, znanstvenici su držali 2000 godina staro uvjerenje da predmeti imaju prirodnu tendenciju da se odmore ako ih ostave na miru. Galileo se obratio ovom vjerovanju eksperimentom koji je uključivao nagnute ravnine koje su bile okrenute jedna prema drugoj. Zaključio je da će se lopta koja se kreće gore-dolje ovim ravninama nastaviti zauvijek dizati na istu visinu da trenje nije faktor. Newton je koristio ovaj rezultat za formuliranje svog Prvoga zakona, koji kaže:

Svaki objekt nastavlja u stanju mirovanja ili kretanja u ravnoj liniji ukoliko na njega ne djeluje vanjska sila.

Fizičari ovu izjavu smatraju formalnom definicijom inercije.

Prema Newtonovom drugom zakonu, sila (F) potrebna za promjenu stanja kretanja predmeta umnožak je mase predmeta (m) i ubrzanja koje stvara sila (a):

F = ma

Da biste razumjeli kako je masa povezana s tromošću, uzmite u obzir konstantnu silu F_c djelujući na dva različita tijela. Prvo tijelo ima masu m₁ a drugo tijelo ima masu m₂.

Kada se djeluje na m₁, F_c proizvodi ubrzanje a₁:

(F_c = m₁a₁)

Kada se djeluje na m₂, proizvodi ubrzanje a₂:

(F_c = m₂a₂)

Budući da je F_c je konstanta i ne mijenja se, vrijedi sljedeće:

m₁a₁ = m₂a₂

i

m₁/ m₂ = a₂/ a₁

Ako je m₁ je veći od m₂, onda znate a₂ bit će veći od a₁ da oba budu jednaka F_c, i obrnuto.

Drugim riječima, masa predmeta je mjera njegove tendencije da se odupre sili i nastavi u istom stanju kretanja. Iako masa i inercija ne znače potpuno isto, inercija se obično mjeri u jedinicama mase. U SI sustavu jedinice su mu grami i kilogrami, a u britanskom sustavu puževi. Znanstvenici obično ne raspravljaju o inerciji u problemima kretanja. Obično razgovaraju o misi.

Rotirajuće tijelo također ima tendenciju da se odupire silama, ali zato što se sastoji od kolekcije čestica koje jesu na raznim udaljenostima od središta rotacije, znanstvenici govore o njegovom trenutku tromosti, a ne o njegovoj tromosti. Inercija tijela u linearnom kretanju može se izjednačiti s njegovom masom, ali izračunavanje momenta tromosti rotacijskog tijela složenije je jer ovisi o obliku tijela. Općeniti izraz za trenutak tromosti (I) ili rotirajuće tijelo mase m i polumjera r je

I = kmr²

gdje je k konstanta koja ovisi o obliku tijela. Jedinice momenta tromosti su (masa) • (udaljenost osi do rotacije-masa)².