מהי אינרציה?

אתה עשוי לחשוב על האינרציה ככוח מסתורי המונע ממך לעשות משהו שאתה צריך לעשות, כמו שיעורי הבית שלך, אבל לא לזה מתכוונים הפיזיקאים במילה. בפיזיקה אינרציה היא הנטייה של אובייקט להישאר במנוחה או במצב של תנועה אחידה. נטייה זו תלויה במסה, אך היא אינה בדיוק אותו הדבר. ניתן למדוד את האינרציה של אובייקט על ידי הפעלת כוח לשינוי תנועתו. אינרציה היא הנטייה של האובייקט להתנגד לכוח המופעל.

מכיוון שהם נראים כה הגיוניים כיום, קשה להעריך עד כמה שלושת חוקי התנועה המהפכניים של ניוטון היו לקהילה המדעית של אז. לפני ניוטון וגלילאו, מדענים החזיקו באמונה בת אלפיים שנה שלחפצים יש נטייה טבעית לנוח אם הם נשארים לבד. גלילאו התייחס לאמונה זו בניסוי שכלל מטוסים נוטים זה מול זה. הוא הגיע למסקנה שכדור שרוכב על מטוסים אלה ימשיך לעלות לאותו הגובה לולא אם החיכוך לא היה גורם. ניוטון השתמש בתוצאה זו כדי לגבש את החוק הראשון שלו, הקובע:

כל אובייקט ממשיך במצב של מנוחה או תנועה בקו ישר אלא אם כן פועל על ידי כוח חיצוני.

פיסיקאים רואים באמירה זו את ההגדרה הרשמית של אינרציה.

על פי החוק השני של ניוטון, הכוח (F) הנדרש לשינוי מצב התנועה של אובייקט הוא תוצר המסה של האובייקט (m) והתאוצה שמייצר הכוח (a):

F = אמא

כדי להבין כיצד קשורה המסה לאינרציה, שקול כוח קבוע F_ג פועל על שני גופים שונים. לגוף הראשון יש מסה m₁ ולגוף השני יש מסה מ '₂.

כאשר פועל על מ₁, פ_ג מייצר תאוצה א₁:

(F_ג = מ '₁א₁)

כאשר פועל על מ₂, זה מייצר תאוצה א₂:

(F_ג = מ '₂א₂)

מאז F_ג הוא קבוע ולא משתנה, נכון הדבר:

M₁א₁ = מ '₂א₂

ו

M₁/M₂ = א₂/א₁

אם מ₁ גדול מ₂אז אתה יודע א₂ יהיה גדול יותר מ-₁ כדי להפוך את שניהם ל- F_ג, ולהיפך.

במילים אחרות, המסה של האובייקט היא מדד לנטייתו להתנגד לכוח ולהמשיך באותו מצב תנועה. למרות שמסה ואינרציה אינם מתכוונים בדיוק לאותו הדבר, אינרציה נמדדת בדרך כלל ביחידות מסה. במערכת SI היחידות שלה הן גרם וקילוגרמים, ובמערכת הבריטית היחידות שבלולים. מדענים בדרך כלל לא דנים באינרציה בבעיות תנועה. הם בדרך כלל דנים במסה.

לגוף מסתובב יש גם נטייה להתנגד לכוחות, אלא מכיוון שהוא מורכב מאוסף של חלקיקים במרחקים שונים ממרכז הסיבוב מדענים מדברים על רגע האינרציה ולא על האינרציה שלו. ניתן להשוות את האינרציה של גוף בתנועה לינארית למסתו, אך חישוב רגע האינרציה של גוף מסתובב מורכב יותר מכיוון שהוא תלוי בצורת הגוף. הביטוי הכללי לרגע האינרציה (I) או גוף מסתובב של מסה m ורדיוס r הוא

אני = kmr²

כאשר k הוא קבוע שתלוי בצורת הגוף. יחידות רגע האינרציה הן (מסה) • (מרחק ציר לסיבוב-מסה)².