ვისაც ოდესმე ინსტიქტურად დაეყრდნო ხელები მანქანის პანელზე, მანქანის მოულოდნელი გაჩერების მოლოდინში ესმის კონცეფციაინერცია, მაშინაც კი, თუ მას არასდროს მიუძღვნია რაიმე კონკრეტული აზრები ფიზიკის კანონებზე.
ამ განგაშის მგზავრს შეიძლება არ მოუვიდეს აზრად, რომ იგივე ფიზიკური პრინციპი განმარტავს, თუ რატომ ხდება ის ცნობიერად მიქცეული თავის უკან დასაჯდომი ადგილის თავთან, როდესაც მძღოლი დააჭირეთ გაზზე პედალს: მან გამოცდილებით იცის, რომ "ტყვიისებური" მძღოლი შეეძლება მას საფეთქლის შეტევის საფრთხის წინაშე დააყენოს და უკანა მიმართულებით მიმართოს მას ძალას, როდესაც მანქანა აფრენს.
გადაუდებელ შკალაზე გადასვლა, ბალახიდან სალათის გასახდელი ან კეტჩუპის ბოლო ნაწილის ამოღება, მისი შერყევის გზით, გაშვებული დასაწყისი ატლეტური მოვლენები, როგორიცაა სიგრძეზე ნახტომი და საქანელას უწყვეტი რხევა მას შემდეგ რაც შეწყვეტ მცდელობას, ეს ყველაფერი წარმოადგენს მაგალითებსინერციის კანონი, ნიუტონის პირველი მოძრაობის კანონი, ყოველდღიურ ცხოვრებაში.
ყოველდღიურ დონეზე შეიძლება გაიგონოთ მეგობრის ხუმრობა იმის შესახებ, რომ ”ინერციამ” აცილება მას საწოლიდან და დილით 5 კილომეტრიანი სირბილი გააკეთა. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი შესაწყალებელი ინდოლენცია ტექნიკურად არ არის ინერციის ფორმალური მაგალითი ფიზიკის სამყაროში, ამგვარი მსუბუქი ჩხუბის საკუთარი სავარაუდო მსგავსების შესახებ სიზარმაცესთან დაკავშირებით, გამოყენებულია ერთ – ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნება ფიზიკა
რა არის ინერცია ფიზიკაში?
ინერციის პრინციპი აღწერსობიექტის ტენდენცია დარჩეს მოსვენებულ მდგომარეობაში ან დარჩეს მოძრაობაში მუდმივი სიჩქარით.ამრიგად, ეს წარმოადგენს ობიექტის წინააღმდეგობის საზომს მისი მდგომარეობის შეცვლისადმი, იქნება ეს მოძრავი სხეული თუ მაგიდაზე მჯდომი. თუ ობიექტს მეტი ინერცია აქვს, მას უფრო მეტი სამუშაო სჭირდება მისი მდგომარეობის შესაცვლელად, იქნება ეს დასვენება თუ მუდმივი სიჩქარე. შესაბამისად, ნაკლები ინერციის მქონე ობიექტები უფრო ადვილად ცვალებად მდგომარეობებშია.
ერთი მიზეზი, რომელიც "მუდმივი სიჩქარის" ასპექტი შეიძლება არ იყოს ინტუიციური, არის ხახუნის არსებობა. როდესაც თქვენ ბურთს დაარტყამთ მინდორზე, ის გადახტება და საბოლოოდ გაჩერდება ტურფის ხახუნის გამო. თუ სათამაშო მოედანი ხახუნის გარეშე იქცეოდა, ბურთი სამუდამოდ გაგრძელდებოდა მუდმივი სიჩქარით, თუ გარე ძალა არ გაჩერდებოდა. (რა თქმა უნდა, ამგვარი მდგომარეობა, რა თქმა უნდა, გავლენას მოახდენს ბურთით თამაშების წესებსა და სხვა დანარჩენზე - დედამიწაზე).
- ზოგჯერ, ნახავთ ინერციის კანონს, რომელსაც ახასიათებს ტერმინი "მუდმივი სიჩქარე" და არა "მუდმივი სიჩქარე". მართალია, ეს არ არის საკმარისი აღწერითი; სიჩქარე არის მხოლოდ სიდიდე (რიცხვის მნიშვნელობა), ხოლო სიჩქარე არის ვექტორული სიდიდე და, შესაბამისად, მოიცავს მიმართულებას (x, y, z).
ნიუტონის მოძრაობის კანონები
ისააკ ნიუტონი (1642-1726) კაცობრიობის ისტორიაში ერთ-ერთი ყველაზე საყურადღებო ინტელექტის მფლობელი რჩება, რადგან მან ფაქტობრივად შეკრიბა მათემატიკური დისციპლინა. ნულიდან და ხელს შეუწყობდა ცოდნას სხეულების მოძრაობის შესახებ, რამაც შთააგონა გალილეო გალილეი, ასტროფიზიკის იდეების დიდი არქიტექტორი და უთვალავი სხვები
ნიუტონის პირველ კანონს ზოგჯერ ინერციის კანონს უწოდებენ, რადგან იგი აღწერს ობიექტის ამ ტენდენციას, როგორც დამოკიდებულია გარე ძალის არსებობაზე ან არარსებობაზე. ობიექტზე წმინდა ძალის გარეშე, მისი მოძრაობა არ შეიცვლება. როგორც ასეთი, ეს კანონი არ არის ნიუტონის მიერ შემუშავებული შუამდგომლობის ხელშემწყობი, რაც შესაძლოა დაეხმაროს იმის ახსნაში, თუ რატომ არ იცნობს ზოგიერთ სტუდენტს ეს.
ნიუტონის მეორე კანონიგვთავაზობს, რომ ძალები მოქმედებენ მასების დასაჩქარებლად, ან მათემატიკურად,
F_ {net} = მა
ეს კანონი უკავშირდება სისტემის წმინდა ძალას, მიმართულებას, მისი ნაწილაკების მასასა და მოძრაობას. წმინდა ძალის გამოსათვლელად, თქვენ უბრალოდ აიღებთ ობიექტზე მოქმედი ყველა ძალების ვექტორულ ჯამს. დაბოლოს, ნიუტონის მესამე კანონი ამტკიცებს, რომ ყველა ძალაში არსებობს თანაბარი და საპირისპირო ძალა ბუნება - ”თანაბარი და საპირისპირო რეაქცია” ზოგჯერ ხუმრობით, მაგრამ მეტყველებით ხდებოდა ყოველდღიურად ენა.
რატომ არის ინერცია მნიშვნელოვანი?
ყველა ფიზიკის ძირითადი პროექტი არის ობიექტების მოძრაობის გაგება, მათ შორის ადამიანის თვალს ბევრი ვერ ხედავს და ნაწილაკები, რომელთა არსებობა შეიძლება უფრო მეტი იყოს ვიდრე სათამაშო იდეა. ინერციის კანონის რეალურ გამოყენებებში შედის სატრანსპორტო საშუალებების უსაფრთხოების მოწყობილობების შექმნა, მათ შორის სავარძლების ჩათვლით ქამრები, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს გარე ძალა, რომ შეაჩეროს სხეულის მოძრაობა ფიზიკის უეცარი შეცვლის შემთხვევაში გარემო
ობიექტის ინერციას ასევე აქვს საინტერესო გამოყენება კოსმოსურ მოგზაურობაში. მაგალითად, მას შემდეგ რაც მოწყობილობა გაიქცევა დედამიწის გრავიტაციიდან, ის გაგრძელდება მოცემულ ტრაექტორიაზე, სანამ სხვა გრავიტაციულ ველს ან ობიექტს არ შეხვდება. კოსმოსური ზონდების გაგზავნა შესაძლებელია დიდ მანძილზე დამატებითი საწვავის გარეშე, გარდა დედამიწის ”გაქცევის”, მცირე სანავიგაციო ცვლილებების ან სხვა ობიექტზე დასასვენებლად საჭირო სხვა საწვავისა.
როგორც ადრე ვისაუბრეთ, დედამიწაზე მოძრავი ობიექტები არ ჩანს, რომ დაუყოვნებლივ აპირებენ მუდმივი სიჩქარით გაგრძელებას ხახუნის გარეგანი ძალის გამო. იმის გამო, რომ ხახუნი ფაქტიურად ყველგან არის (ჰაერიც კი მას დიდ სიჩქარეზე აწესებს) და მუდმივად ნელდება ობიექტები ქვემოთ, თუ მას მუდმივად არ ემატება დამატებითი ძალები მასთან საბრძოლველად, ინერციის კანონის სრული სიგანე არ არის ინტუიციური
Ინერციის მომენტი
ზოგჯერ უწოდებენ როტაციულ ინერციას,ინერციის მომენტიინერციის კუთხოვანი ანალოგია. ეს არის სხეულის თვისება, რომელიც დამოკიდებულია სხეულის მასაზე, რადიუსზე და ბრუნვის ღერძზე. ინერციამეარის ბრუნვითი მოძრაობისთვის, რა არის წრფივი მოძრაობა, მაგრამ მართალია ინერცია და მასა ანალოგურია, მაგრამ ინერციას მასის ერთეულები აქვს მანძილი კვადრატზე (მაგ., კგ⋅მ2).
ეს სიდიდე აღწერს რამდენად რთულია ან ადვილია ობიექტის ბრუნვის შეცვლა, მათ შორის მისი დაწყება როტაციის ან შეჩერების დროს, როდესაც ის უკვე ბრუნავს.
ასევე, ვინაიდან ხაზოვანი კინეტიკური ენერგია გამოხატულია, როგორც
KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2
ბრუნვითი კინეტიკური ენერგია მოცემულია იმით
KE_ {rot} = \ frac {1} {2} I \ omega ^ 2
სადაც ω წარმოადგენსკუთხის სიჩქარერადიანში წამში.
როტაციული ინერცია: შემდგომი განხილვა
მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ, რომ ინერციის კონცეფციას აზრი არ ექნება მითითების ჩარჩოებში გამოყენების გარეშე, ანინერციული ჩარჩოები. ინერციული ჩარჩო არის ის, რომლის მკურნალობა შესაძლებელია როგორც სტაციონარული ისე, რომ ჩარჩოში არსებულ სხვა ობიექტებს შეიძლება მიენიჭოთ მნიშვნელოვანი მნიშვნელობებივ, ა, რდა ასე შემდეგ. ეს არის ჩარჩო, რომელშიც ნიუტონის კანონები მოქმედებს. ქსელის კოორდინატების სისტემა, როგორც წესი, თავსდება ამ ჩარჩოს ნაწილზე, რომელიც ხშირად თვითონ დედამიწაა.
მიუხედავად იმისა, რომ დედამიწა, ყველა პრაქტიკული მიზნისთვის, ”ფიქსირდება” ადამიანის ყოველდღიურ საქმიანობასთან დაკავშირებით, ფრთხილად ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა შეიძლება აჩვენოს, რომ მოცემულ დროთა განმავლობაში ადგილმდებარეობა ოდნავ განსხვავდება დედამიწის ბრუნვის წყალობით, მზის გარშემო მისი რევოლუციით, თარგმნის მოძრაობით თავად ირმის ნახტომის გალაქტიკით და ა.შ. ჩართული
როგორც ჩანს, პირადი გამოცდილება წარმოადგენს ინერციის კანონის დარღვევას. თითქმის ყველა შემთხვევაში, ეს გაუგებრობა წარმოიშობა იმის გამო, რომ გაუცნობიერებლად მივმართავთ მითითების ჩარჩოს, როგორც ინერციულს, როდესაც ეს ასე არ არის. მაგალითად, თუ მოძრავ მხიარულ ტურში ხართ, განსაკუთრებით მაღალი კუთხის სიჩქარით, ისეთი შეგრძნება გაქვთ, თითქოს აჩქარებული ხართ ნებისმიერ დროს გვერდულად, ვიდრე იგრძნო, რომ თქვენს სხეულს "სურს" გააგრძელოს მოძრაობა სწორი ხაზით და ტანგესთან მხიარული ტური.