Inercija: kas tai yra ir kodėl tai svarbu? (su pavyzdžiais)

Kiekvienas, kuris kada nors instinktyviai pritvirtino rankas ant automobilio prietaisų skydelio, tikėdamasis, kad transporto priemonė staiga sustos, suprantainercija, net jei ji niekada neskyrė jokių konkrečių minčių fizikos dėsniams.

Šiam budriam keleiviui gali neateiti, kad tas pats fizinis principas paaiškina, kodėl ji sąmoningai palenkia galvą prieš sėdynės atramą, kai vairuotojas ketina nuspausti dujų pedalą: Ji iš patirties žino, kad „švino koja“ vairuotojas yra tinkamas rizikuoti ją plakti ir pakelti jėgą, kai automobilis pakyla.

Judėjimas skubos skale žemyn, bandymas iš butelio išpūsti paskutinį salotų padažą ar kečupą purtant, pradėti bėgti tokie sportiniai įvykiai kaip šuolis į tolį ir nuolatinis supamosios kėdės svyravimas po to, kai nustoji bandyti sūpuoti, visa tai yrainercijos dėsnis, Pirmasis Niutono judėjimo dėsnis kasdieniame gyvenime.

Kasdienybėje galite išgirsti draugo pokštą, kad „inercija“ neleido jam ar jai pakilti iš lovos ir tą rytą nubėgti 5 mylių atstumą. Nors toks atleistinas nevargimas techniškai nėra oficialus inercijos pavyzdys fizikos pasaulyje, toks lengvabūdiškas plepalas apie savo tariamą panašumą į tinginį vis dėlto iliustruoja vieną iš svarbiausių visų taikomų sąvokų fizika.

Inercijos principas apibūdinaobjekto polinkis likti ramybės būsenoje arba likti judant pastoviu greičiu.Taigi tai matuoja objekto pasipriešinimą keičiant jo būseną, nesvarbu, ar tai būtų judantis kūnas, ar kažkas, sėdintis ant stalo. Jei objektas turi daugiau inercijos, norint pakeisti jo būseną, reikia daugiau darbo, ar tai būtų poilsis, ar pastovus greitis. Atitinkamai objektai, turintys mažesnę inerciją, yra lengviau keičiami.

Viena iš priežasčių, kodėl „pastovaus greičio“ aspektas gali būti ne intuityvus, yra trintis. Kai spardai kamuolį lauke, jis atšoka ir galiausiai rieda sustoti dėl velėnos trinties. Bet jei žaidimo lauką būtų galima padaryti be trinties, rutulys amžinai judėtų pastoviu greičiu, nebent jį sustabdytų pašalinė jėga. (Nereikia nė sakyti, kad tokia dalykų padėtis taip pat turės įtakos kamuolinių žaidimų taisyklėms - ir visa kita - Žemėje.)

• Kartais pamatysite inercijos dėsnį, kuriame minimas terminas „pastovus greitis“, o ne „pastovus greitis“. Nors tai tiesa, tai nėra pakankamai aprašoma; greitis yra tik dydis (skaičiaus reikšmė), o greitis yra vektorinis dydis, todėl apima ir kryptį (x, y, z).

Isaacas Newtonas (1642–1726) išlieka vieno žymiausių intelekto žmonijos istorijoje turėtoju, iš tikrųjų surinkęs matematinę skaičiavimo discipliną. nuo nulio ir papildomos žinios apie kūnų judėjimą, kuris įkvėpė Galileo Galilei, puikų savo paties astrofizikos idėjų architektą, ir begales kiti.

Pirmasis Niutono dėsnis kartais vadinamas inercijos dėsniu, nes jis apibūdina šį objekto polinkį kaip priklausomą nuo išorinės jėgos buvimo ar nebuvimo. Be objekto grynosios jėgos, jo judėjimas nepasikeis. Šis įstatymas nėra indėlis į Newtono sukurtas judesių lygtis, galbūt padedantis paaiškinti, kodėl kai kuriems studentams jis nėra žinomas.

​Antrasis Niutono dėsnissiūlo jėgoms veikti siekiant pagreitinti mases arba matematiškai

Šis dėsnis sieja grynąją jėgą sistemoje, įskaitant kryptį, su jos dalelių mase ir judesiu. Norėdami apskaičiuoti grynąją jėgą, tiesiog paimkite visų objektą veikiančių jėgų vektorinę sumą. Galiausiai trečiasis Niutono dėsnis tvirtina, kad kiekvienoje jėgoje egzistuoja lygi ir priešinga jėga prigimtis - „lygi ir priešinga reakcija“ taip pat kartais būdavo juokaujama, bet pasakojanti kasdien kalba.

Pagrindinis visos fizikos projektas yra objektų judėjimo supratimas, įskaitant daugelį, kurių nemato žmogaus akis, ir daleles, kurių egzistavimas gali būti tik žaisminga idėja. Realiame inercijos įstatymo taikyme yra transporto priemonių saugos įtaisų, įskaitant, bet neapsiribojant, sėdynių, projektavimas diržai, kurie gali suteikti išorinę jėgą sustabdyti kūno judėjimą staiga pasikeitus tiesioginės fizikos aplinka.

Objekto inercija taip pat įdomiai naudojama kelionėse į kosmosą. Pavyzdžiui, kai prietaisas išvengs Žemės gravitacijos, jis tęsis savo duota trajektorija, kol jis susidurs su kitu gravitacijos lauku ar objektu. Kosminiams zondams galima siųsti didelius atstumus be jokių papildomų degalų, išskyrus tuos, kurių reikia „pabėgti“ nuo Žemės, atlikti nedidelius navigacijos pakeitimus ar nusileisti ant kito objekto.

Kaip jau buvo aptarta anksčiau, atrodo, kad Žemėje judantys objektai iš karto nėra „ketinami“ tęsti pastoviu greičiu dėl išorinės trinties jėgos. Nes trintis yra praktiškai visur (net oras ją prikiša didesniu greičiu) ir nuolat lėtėja objektai žemyn, nebent nuolat būtų papildomos jėgos, kovojančios su tuo, vien inercijos dėsnio nėra intuityvus.

Kartais vadinama sukamąja inercija,inercijos momentasyra kampinis inercijos analogas. Tai kūno savybė, priklausanti nuo kūno masės, spindulio ir sukimosi ašies. InercijaAšsukamasis judesys yra tai, kas yra linijinio judėjimo masė, tačiau, nors inercija ir masė yra analogai, inercija turi masės vienetus, padaugintus iš atstumo kvadrato (pvz., kg⋅m²).

Šis dydis apibūdina, kaip sunku ar lengva pakeisti objekto sukimąsi, įskaitant tai, kaip pradėti jį sukti, ar sustabdyti, kai jis jau sukasi.

Taip pat, kai linijinė kinetinė energija išreiškiama kaip

sukimosi kinetinę energiją suteikia

kur ω reiškiakampinis greitisradianais per sekundę.

Svarbu pripažinti, kad inercijos sąvoka nebūtų prasminga nesinaudojant nuorodų rėmeliais, arbainerciniai rėmai. Inercinis rėmas yra tas, kuris gali būti traktuojamas kaip stacionarus, kad kitiems rėmo objektams būtų galima priskirti reikšmingas vertesv​, ​a​, ​rir taip toliau. Tai yra rėmas, kuriame taikomi Niutono dėsniai. Ant šio rėmo, kuris dažnai būna pati Žemė, paprastai uždedama tinklelio koordinačių sistema.

Nors Žemė visais praktiniais tikslais yra „fiksuota“ daugumos kasdienių žmonių pastangų atžvilgiu, atidūs eksperimentai gali parodyti, kad fiziniai duomenys, surinkti laboratorijoje tam tikroje vietoje vieta laikui bėgant šiek tiek skiriasi dėl Žemės sukimosi kartu su jos apsisukimu aplink saulę, perkėlimo judesiu per pačią Paukščių Tako galaktiką ir pan. ant.

Panašu, kad asmeninė patirtis taip pat rodo inercijos įstatymo pažeidimus. Beveik visais atvejais šis nesusipratimas kyla dėl to, kad nesąmoningai referencinį rėmą traktuojate kaip inercinį, kai jo nėra. Pvz., Jei esate judrioje linksmybėje, ypač turinčioje didelį kampinį greitį, jaučiate, kad esate pagreitintas o ne jausti, kad tavo kūnas „nori“ judėti tiesia linija, liečiančia kūno kraštą. karuselė.