車両が突然停止することを見越して、本能的に車のダッシュボードに手をかざしたことがある人なら誰でも、次の概念を理解しています。慣性、たとえ彼女が物理法則に特定の考えを捧げたことがないとしても。
この警戒心の強い乗客には、同じ物理的原理が、運転手が アクセルペダルを踏む：彼女は経験から、「足の先の」ドライバーがむち打ち症の危険にさらされ、車が離陸するときに後方に向けられた力にさらされる傾向があることを知っています。
緊急度を下げ、サラダドレッシングやケチャップの最後の部分をボトルから振って取り出し、実行を開始します。 走り幅跳びやロッキングチェアを揺らそうとしなくなった後のロッキングチェアの継続的な振動などの運動イベントはすべて、慣性の法則、ニュートンの日常生活における最初の運動の法則。
日常のレベルでは、「慣性」が彼または彼女がベッドから出て、その朝5マイルのランニングをするのを妨げたという友人のジョークを聞くかもしれません。 そのような許される怠惰は、技術的には物理学の世界における慣性の正式な例ではありませんが、この種の気楽なおしゃべり それにもかかわらず、ナマケモノに自分自身が似ていると思われることは、適用されたすべての中で最も重要な概念の1つを示しています。 物理。
物理学における慣性とは何ですか？
慣性の原理は次のように説明しますオブジェクトが静止状態を維持する、または一定の速度で動き続ける傾向。したがって、これは、移動体であれ、テーブルに座っているものであれ、オブジェクトの状態の変化に対する抵抗の尺度です。 オブジェクトの慣性が大きい場合、静止状態であろうと一定速度であろうと、オブジェクトの状態を変更するにはより多くの作業が必要になります。 これに対応して、慣性の少ないオブジェクトは変更しやすい状態になります。
「一定速度」の側面が直感的でない理由の1つは、摩擦の存在です。 ボールをフィールドに蹴り落とすと、芝の摩擦のためにボールが跳ね返り、最終的には転がって止まります。 しかし、競技場を摩擦なしにすることができれば、外力によって止められない限り、ボールは一定の速度で永遠に進み続けます。 （言うまでもなく、このような状況は、地球上での球技やその他すべてのプレーのルールにも確かに影響を及ぼします。）
- 「一定速度」ではなく「一定速度」という用語で慣性の法則が言及されている場合があります。 本当ですが、これは十分に説明的ではありません。 速度は大きさ（数値）にすぎませんが、速度はベクトル量であるため、方向（x、y、z）も含まれます。
ニュートンの運動の法則
アイザックニュートン（1642-1726）は、人類の歴史の中で最も注目に値する知性の1つを所有しており、微積分の数学的分野を事実上組み立てています。 ゼロから、そして天体物理学のアイデアの偉大な建築家であるガリレオ・ガリレイにインスピレーションを与えた体の動きについての知識を提供し、無数に その他。
ニュートンの最初の法則は、物体のこの傾向を外力の有無に依存するものとして説明しているため、慣性の法則と呼ばれることもあります。 オブジェクトに正味の力がない場合、その動きは変化しません。 そのため、この法則は、ニュートンによって開発された運動方程式の寄与者ではなく、おそらく一部の学生がそれに慣れていない理由を説明するのに役立ちます。
ニュートンの第2法則力が質量を加速するように、または数学的に作用することを提案します。
F_ {net} = ma
この法則は、方向を含むシステム内の正味の力を、その粒子の質量と運動に関連付けます。 正味の力を計算するには、オブジェクトに作用するすべての力のベクトル和をとるだけです。 最後に、ニュートンの第3法則は、すべての力に対して、等しく反対の力が存在すると主張しています。 自然–「平等で反対の反応」は、冗談めかして、しかし日常的にはっきりと適用されることもあります 言語。
慣性が重要な理由
すべての物理学の基本的なプロジェクトは、人間の目では見えない多くの物体や、その存在が遊び心のあるアイデアにすぎない可能性のある粒子など、物体の動きを理解することです。 慣性の法則の実際のアプリケーションには、シートを含むがこれに限定されない車両の安全装置の設計が含まれます。 ベルト、それは即時の物理学の突然の変化の場合に体の動きを止めるために外力を提供することができます 環境。
物体の慣性は、宇宙旅行でも興味深い用途があります。 たとえば、デバイスが地球の重力から逃れると、別の重力場またはオブジェクトに遭遇するまで、デバイスは指定された軌道を継続します。 宇宙探査機は、地球を「脱出」したり、小さな航法の変更を行ったり、別の物体に着陸したりするために必要な燃料以外に追加の燃料を必要とせずに、長距離を送ることができます。
前に説明したように、地球上で動き始めた物体は、摩擦の外力のために、一定の速度で継続することをすぐに「意図」しているようには見えません。 摩擦は事実上どこにでもあり（空気でさえより高い速度でそれを大量に課す）、絶えず減速しているからです それと戦うために追加の力が継続的に追加されない限り、オブジェクトはダウンします、慣性の法則の完全な幅はそうではありません 直感的。
慣性モーメント
回転慣性と呼ばれることもあります。慣性モーメント慣性の角運動量です。 これは、物体の質量、半径、および回転軸に依存する物体のプロパティです。 慣性私は回転運動に対するものであり、質量は線形運動に対するものですが、慣性と質量は類似していますが、慣性の単位は質量に距離の2乗を掛けたものです（例：kg⋅m2).
この量は、オブジェクトの回転を開始したり、すでに回転しているときに停止したりするなど、オブジェクトの回転を変更するのがどれほど難しいか、または簡単かを示します。
また、線形運動エネルギーは次のように表されます。
KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2
回転運動エネルギーは次の式で与えられます。
KE_ {rot} = \ frac {1} {2} I \ omega ^ 2
ここで、ωは角速度ラジアン/秒で。
回転慣性：さらなる議論
慣性の概念は、参照フレームに頼らなければ意味がないことを認識することが重要です。慣性フレーム. 慣性フレームは、フレーム内の他のオブジェクトに意味のある値を割り当てることができるように、静止しているものとして扱うことができるフレームです。v, a, r等々。 したがって、これはニュートンの法則が適用されるフレームです。 グリッド座標系は通常、このフレームの一部に重ね合わされます。これは多くの場合、地球そのものです。
地球は、すべての実用的な目的のために、ほとんどの日常の人間の努力に関連して「固定」されていますが、注意深い実験は、与えられた実験室で収集された物理データを示すことができます 地球の自転と太陽の周りの回転、天の川銀河自体を通る並進運動などのおかげで、場所は時間とともにわずかに異なります。 オン。
個人的な経験も慣性の法則の違反を示しているようです。 ほとんどすべての場合、この誤解は、参照フレームが慣性ではないのに慣性として無意識のうちに扱われることから生じます。 たとえば、移動中のメリーゴーランド、特に角速度の速いものを使用している場合は、加速しているように感じます。 あなたの体がエッジに接する直線で動き続けることを「望んでいる」ように感じるのではなく、常に横向きに メリーゴーランド。