Cos'è l'inerzia?

Potresti pensare all'inerzia come a una forza misteriosa che ti impedisce di fare qualcosa che devi fare, come i compiti, ma non è questo che intendono i fisici con la parola. In fisica, l'inerzia è la tendenza di un oggetto a rimanere fermo o in uno stato di moto uniforme. Questa tendenza dipende dalla massa, ma non è esattamente la stessa cosa. Puoi misurare l'inerzia di un oggetto applicando una forza per modificarne il movimento. L'inerzia è la tendenza dell'oggetto a resistere alla forza applicata.

Poiché oggi sembrano così sensate, è difficile apprezzare quanto rivoluzionarie fossero le tre leggi del moto di Newton per la comunità scientifica dell'epoca. Prima di Newton e Galileo, gli scienziati avevano una convinzione vecchia di 2000 anni che gli oggetti avessero una naturale tendenza a fermarsi se lasciati soli. Galileo ha affrontato questa convinzione con un esperimento che coinvolge piani inclinati che si fronteggiano. Concluse che una palla che andava su e giù per questi piani avrebbe continuato a salire alla stessa altezza per sempre se l'attrito non fosse stato un fattore. Newton usò questo risultato per formulare la sua Prima Legge, che afferma:

Ogni oggetto continua nel suo stato di quiete o di moto in linea retta a meno che non sia agito da una forza esterna.

I fisici considerano questa affermazione la definizione formale di inerzia.

Secondo la seconda legge di Newton, la forza (F) richiesta per cambiare lo stato di moto di un oggetto è il prodotto della massa dell'oggetto (m) e l'accelerazione prodotta dalla forza (a):

F = ma

Per capire come la massa è correlata all'inerzia, si consideri una forza costante F_c agendo su due corpi diversi. Il primo corpo ha massa m₁ e il secondo corpo ha massa m₂.

Quando si agisce su m₁, F_c produce un'accelerazione a₁:

(Fa_c = m₁un₁)

Quando si agisce su m₂, produce un'accelerazione a₂:

(Fa_c = m₂un₂)

Dal momento che F_c è costante e non cambia, vale quanto segue:

m₁un₁ = m₂un₂

e

m₁/m₂ = a₂/un₁

Se m₁ è più grande di m₂, allora sai un₂ sarà più grande di a₁ per rendere entrambi uguali F_c, e viceversa.

In altre parole, la massa dell'oggetto è una misura della sua tendenza a resistere alla forza ea continuare nello stesso stato di movimento. Sebbene massa e inerzia non significhino esattamente la stessa cosa, l'inerzia viene solitamente misurata in unità di massa. Nel sistema SI, le sue unità sono grammi e chilogrammi e nel sistema britannico le unità sono lumache. Gli scienziati di solito non discutono dell'inerzia nei problemi di movimento. Di solito discutono di massa.

Anche un corpo rotante ha la tendenza a resistere alle forze, ma perché è composto da un insieme di particelle che sono a varie distanze dal centro di rotazione, gli scienziati parlano del suo momento d'inerzia piuttosto che della sua inerzia. L'inerzia di un corpo in moto lineare può essere equiparata alla sua massa, ma calcolare il momento d'inerzia di un corpo in rotazione è più complicato perché dipende dalla forma del corpo. L'espressione generalizzata per il momento d'inerzia (I) o un corpo rotante di massa m e raggio r è

io = kmr²

dove k è una costante che dipende dalla forma del corpo. Le unità del momento d'inerzia sono (massa) • (distanza asse-rotazione-massa)².