אינרציה: מה זה ולמה זה חשוב? (w / דוגמאות)

כל מי שאי פעם תלה את ידיה באופן אינסטינקטיבי על לוח המחוונים של מכונית בציפייה שהרכב נעצר פתאום מבין את המושגאִינֶרצִיָה, גם אם מעולם לא הקדישה מחשבות ספציפיות לחוקי הפיזיקה.

יכול להיות שלא יעלה על דעתו של הנוסע הערני הזה שאותו עיקרון פיזי מסביר מדוע היא מטה את ראשה לאחור אל משענת הראש של המושב שלה בכל פעם שהנהג עומד לחץ על דוושת הדלק: היא יודעת מניסיון שנהג "רגליים רגליים" יכול לסכן אותה לצליפת שוט ולהכפיף אותה לכיוון מכוון לאחור כשהמכונית ממריאה.

עוברים לאורך סולם הדחיפות, מנסים להוציא את החלק האחרון של רוטב סלט או קטשופ מבקבוק על ידי טלטולו, התחלת ריצה אירועי אתלט כמו קפיצה לרוחק והמשך תנודה של כיסא נדנדה לאחר שתפסיק לנסות לנדנד את כל אלה מהווים דוגמאותחוק האינרציה, חוק התנועה הראשון של ניוטון, בחיי היומיום.

ברמה היומיומית, אולי תשמע חבר מתבדח ש"אינרציה "מונעת ממנו או ממנה לקום מהמיטה ולבצע ריצה של 5 קילומטר באותו בוקר. אמנם עצלות נסלחת שכזו אינה טכנית דוגמה רשמית לאינרציה בעולם הפיזיקה, אך סוג זה של פטפוט קליל על הדמיון האפשרי של עצמו לעצלן הוא בכל זאת המחשה לאחד המושגים החשובים ביותר בכל היישומים פיזיקה.

עקרון האינרציה מתארהנטייה של אובייקט להישאר במצב של מנוחה או להישאר בתנועה במהירות קבועה.זהו אפוא מדד להתנגדות של אובייקט לשינוי מצבו, בין אם זה גוף נע או משהו שיושב על השולחן. אם לאובייקט יש יותר אינרציה, הוא דורש יותר עבודה כדי לשנות את מצבו, בין אם זה מנוחה או מהירות קבועה. בהתאמה, עצמים עם פחות אינרציה נמצאים במצבים קלים יותר לשינוי.

אחת הסיבות לכך שההיבט של "המהירות המתמדת" אינו אינטואיטיבי הוא קיומו של חיכוך. כשאתה בועט כדור במגרש, הוא קופץ ובסופו של דבר מתגלגל לעצירה בגלל חיכוך הדשא. אך אם ניתן היה להפוך את שדה המשחק ללא חיכוך, הכדור ימשיך לנצח במהירות קבועה אלא אם כן נעצר על ידי כוח חיצוני. (מיותר לציין שמצב דברים זה בהחלט ישפיע גם על כללי המשחק של משחקי כדור - וכל השאר - על פני כדור הארץ).

• לפעמים תראה את חוק האינרציה המוזכר במונח "מהירות קבועה" במקום "מהירות קבועה". אמנם נכון, אבל זה לא מספיק תיאורי; המהירות היא רק גודל (ערך מספר), ואילו המהירות היא כמות וקטורית ולכן כוללת גם כיוון (x, y, z).

אייזיק ניוטון (1642-1726) נשאר המחזיק באחד האינטליגנטים המדהימים ביותר בתולדות האנושות, לאחר שלמעשה הרכיב את הדיסציפלינה המתמטית של חשבון מאפס וידע תורם אודות תנועתם של גופים שהשראו את גלילאו גליליי, אדריכל גדול של רעיונות אסטרופיזיקה בפני עצמו, ואינספור אחרים.

החוק הראשון של ניוטון נקרא לפעמים חוק האינרציה מכיוון שהוא מתאר נטייה זו של אובייקט כתלויה בנוכחותו או בהיעדרו של כוח חיצוני. ללא כוח נטו על אובייקט, תנועתו לא תשתנה. ככזה, חוק זה אינו תורם למשוואות התנועות שפיתח גם ניוטון, אולי עוזר להסביר מדוע חלק מהתלמידים אינם מכירים זאת.

​החוק השני של ניוטוןמציע לכוחות לפעול להאצת מסות, או באופן מתמטי,

חוק זה מתייחס לכוח נטו במערכת, כולל הכיוון, למסה ולתנועה של חלקיקיה. כדי לחשב כוח נטו, אתה פשוט לוקח את סכום הווקטור של כל הכוחות הפועלים על האובייקט. לבסוף, החוק השלישי של ניוטון קובע כי לכל כוח קיים כוח שווה והפוך הטבע - "התגובה השווה וההפוכה" חלה לפעמים גם בבדיחות אבל באמירות ביומיום שפה.

הפרויקט הבסיסי של כל הפיזיקה הוא הבנת תנועה של עצמים, כולל רבים שהעין האנושית אינה יכולה לראות וחלקיקים שקיומם עשוי להיות מעט יותר מרעיון שובב. יישומים בעולם האמיתי של חוק האינרציה כוללים תכנון מכשירי בטיחות לרכבים, כולל אך לא רק מושב חגורות, שיכולות לספק כוח חיצוני לעצירת תנועת הגוף במקרה של שינוי פתאומי בפיזיקה של המיידי סביבה.

לאינרציה של אובייקט יש שימושים מעניינים גם בנסיעה לחלל. לדוגמא, ברגע שמכשיר יימלט מכוח המשיכה של כדור הארץ, הוא ימשיך במסלול הנתון שלו עד שייפגש עם שדה או אובייקט כובד אחר. ניתן לשלוח בדיקות חלל למרחקים גדולים ללא כל דלק נוסף שנדרש מלבד הדרוש בכדי "לברוח" מכדור הארץ, לחוקק שינויי ניווט קלים או לנחות על עצם אחר.

כפי שנדון קודם לכן, עצמים שהופעלו על פני כדור הארץ אינם נראים מייד כ"מכוונים "להמשיך במהירות קבועה בגלל כוח החיכוך החיצוני. מכיוון שהחיכוך נמצא כמעט בכל מקום (אפילו אוויר כופה הרבה ממנו במהירויות גבוהות יותר) והוא מאט כל הזמן אם מתנגדים למטה אלא אם כן מתווספים ללא הרף כוחות נוספים כדי להילחם בה, אין רוחב החוק של האינרציה אינטואיטיבי.

לפעמים נקרא אינרציה סיבובית,רגע האינרציההוא האנלוג הזוויתי של האינרציה. זהו מאפיין של גוף שתלוי במסת הגוף, ברדיוס ובציר הסיבוב שלו. אִינֶרצִיָהאניהוא תנועה סיבובית מהי מסה לתנועה ליניארית, אך למרות שאינרציה ומסה הם אנלוגים, לאינרציה יש יחידות מסה כפול ריבוע המרחק (למשל, ק"ג⋅M²).

כמות זו מתארת ​​כמה קשה או קל לשנות את סיבוב האובייקט, כולל התחלת סיבובו או עצירתו כאשר הוא כבר מסתובב.

כמו כן, בעוד שאנרגיה קינטית ליניארית מבוטאת כ-

אנרגיה קינטית סיבובית ניתנת על ידי

איפה ω מייצגמהירות זוויתיתברדיאנים לשנייה.

חשוב להכיר בכך שמושג האינרציה לא היה הגיוני בלי לפנות למסגרות התייחסות, אומסגרות אינרציה. מסגרת אינרציאלית היא כזו שניתן להתייחס אליה כאל נייחת כך שניתן להקצות לאובייקטים אחרים במסגרת ערכים משמעותיים עבורv​, ​א​, ​רוכולי. זהו מסגרת בה חוקים ניוטון חלים אפוא. מערכת קואורדינטות רשת מוצבת בדרך כלל על חלק ממסגרת זו, שהיא לעתים קרובות כדור הארץ עצמו.

בעוד שכדור הארץ, לכל המטרות המעשיות, "מקובע" ביחס למאמצים האנושיים היומיומיים, ניסויים זהירים יכולים להראות כי נתונים פיזיים שנאספו במעבדה בנתון המיקום שונה מעט לאורך זמן בזכות סיבוב כדור הארץ יחד עם המהפכה שלו סביב השמש, תנועת התרגום דרך גלקסיית שביל החלב עצמה וכך עַל.

נראה שגם מניסיון אישי יש הפרות של חוק האינרציה. כמעט בכל המקרים אי הבנה זו נובעת מכך שלא מכירים את היחס למסגרת התייחסות כאל אינרציאלית כאשר היא לא. לדוגמה, אם אתה נמצא בסיבוב נעים, במיוחד כזה עם מהירות זוויתית גבוהה, אתה מרגיש כאילו מאיצים אותך הצידה כל הזמן, במקום להרגיש כאילו גופך "רוצה" להמשיך לנוע בקו ישר המשיק לקצה שמח.