Ikviens, kurš kādreiz ir instinktīvi nostiprinājis rokas uz automašīnas paneļa, gaidot, ka transportlīdzeklis pēkšņi apstājas, saprot jēdzienuinerce, pat ja viņa nekad nav veltījusi īpašas domas fizikas likumiem.
Šim brīdinošajam pasažierim var neienāk prātā, ka tas pats fiziskais princips izskaidro, kāpēc viņa apzināti noliec galvu pret sēdekļa galvas balstu ikreiz, kad vadītājs gatavojas nospiest gāzes pedāli: Viņa no savas pieredzes zina, ka autovadītājs, kurš vadīts ar kājām, ir piemērots riskēt ar pātagu un pakļaut viņu spēkam, kas vērsts uz aizmuguri, kad automašīna paceļas.
Pārvietošanās pa steidzamības skalu, mēģinot no pudeles izkratīt pēdējo salātu mērci vai kečupu, to sakratot, sākoties sporta notikumi, piemēram, tāllēkšana un šūpuļkrēsla nepārtraukta svārstīšanās pēc tam, kad pārtraucat to visu šūpot, irinerces likums, Ņūtona pirmais kustības likums ikdienas dzīvē.
Ikdienas līmenī jūs varat dzirdēt drauga joku, ka "inerce" atturēja viņu no rīta izkļūt no gultas un veikt 5 jūdžu skrējienu. Kaut arī šāda piedodama rupjība tehniski nav formāls inerces piemērs fizikas pasaulē, šāda veida vieglprātīga pļāpāšana par savu domājamo līdzību ar sliņķi tomēr ilustrē vienu no vissvarīgākajiem jēdzieniem visos pielietotajos fizika.
Kas ir inerce fizikā?
Apraksta inerces principsobjekta tieksme palikt miera stāvoklī vai palikt kustībā ar nemainīgu ātrumu.Tādējādi tas ir objekta pretestības mērs stāvokļa maiņai, neatkarīgi no tā, vai tas ir kustīgs ķermenis vai kas cits, kas sēž uz galda. Ja objektam ir lielāka inerce, tā stāvokļa maiņai ir nepieciešams vairāk darba, vai tas būtu atpūtas laiks vai nemainīgs ātrums. Attiecīgi objekti ar mazāku inerci atrodas vieglāk maināmos stāvokļos.
Viens no iemesliem, kāpēc "nemainīga ātruma" aspekts var nebūt intuitīvs, ir berzes esamība. Kad jūs sperat bumbu pa lauku, tā atsitās un galu galā ruļļa berzes dēļ apstājas. Bet, ja spēles laukumu varētu padarīt bez berzes, bumba turpinātu darboties mūžīgi ar nemainīgu ātrumu, ja vien to neapturētu ārējs spēks. (Lieki piebilst, ka šāds lietu stāvoklis noteikti ietekmēs arī bumbas spēles noteikumus - un visu pārējo - uz Zemes.)
- Dažreiz jūs redzēsiet inerces likumu, kas minēts ar terminu "nemainīgs ātrums", nevis "nemainīgs ātrums". Lai gan taisnība, tas nav pietiekami aprakstošs; ātrums ir tikai lielums (skaitļa vērtība), turpretī ātrums ir vektora lielums, un tāpēc tajā ietilpst arī virziens (x, y, z).
Ņūtona kustības likumi
Īzaks Ņūtons (1642-1726) joprojām ir viena no ievērojamākajiem intelektiem cilvēces vēsturē, faktiski sakrājot matemātisko disciplīnas disciplīnu no nulles un zināšanu sniegšana par ķermeņu kustību, kas iedvesmoja Galileo Galileju, lielisku astrofizikas ideju arhitektu pats par sevi, un neskaitāmus citi.
Pirmo Ņūtona likumu dažkārt sauc par inerces likumu, jo tas apraksta šo objekta tieksmi kā atkarīgu no ārēja spēka klātbūtnes vai neesamības. Ja objektam nav tīkla spēka, tā kustība nemainīsies. Šis likums kā tāds neveicina arī Ņūtona izstrādātos kustību vienādojumus, iespējams, palīdzot izskaidrot, kāpēc dažiem studentiem tas nav zināms.
Ņūtona otrais likumsierosina spēkiem rīkoties, lai paātrinātu masas, vai matemātiski,
F_ {net} = ma
Šis likums ir saistīts ar tīkla spēku sistēmā, ieskaitot virzienu, ar tās daļiņu masu un kustību. Lai aprēķinātu tīro spēku, jums vienkārši jāuzņem visu objektu iedarbojošo spēku vektoru summa. Visbeidzot, Ņūtona trešais likums apgalvo, ka katram spēkam pastāv vienāds un pretējs spēks daba - "vienlīdzīga un pretēja reakcija" arī ikdienā dažkārt piemērota jokojot, bet stāstoši valoda.
Kāpēc inerce ir svarīga
Visas fizikas pamatprojekts ir objektu kustības izpratne, ieskaitot daudzus, ko cilvēka acs nevar redzēt, un daļiņas, kuru esamība var būt nedaudz vairāk kā rotaļīga ideja. Inerces likuma piemērošana reālajā dzīvē ietver transportlīdzekļu drošības ierīču, tostarp sēdekļu, bet ne tikai, konstrukciju jostas, kas var nodrošināt ārēju spēku, lai apturētu ķermeņa kustību, ja pēkšņi mainās tūlītējās fizikas vide.
Objekta inerci ir interesanti izmantot arī kosmosa ceļojumos. Piemēram, kad ierīce aizbēg no Zemes gravitācijas, tā turpina virzīties pa savu norādīto trajektoriju, līdz sastopas ar citu gravitācijas lauku vai objektu. Kosmosa zondes var nosūtīt lielos attālumos, neprasot nekādu papildu degvielu, izņemot to, kas nepieciešama, lai "aizbēgtu" no Zemes, ieviestu nelielas navigācijas izmaiņas vai piezemētos uz cita objekta.
Kā tika apspriests iepriekš, šķiet, ka uz Zemes kustībā esošie objekti ārējā berzes spēka dēļ uzreiz nav "nodomi" turpināt darbu ar nemainīgu ātrumu. Tā kā berze ir praktiski visur (pat gaiss to daudz uzspiež ar lielāku ātrumu) un pastāvīgi palēninās objektus uz leju, ja vien nepārtraukti netiek pievienoti papildu spēki, lai to apkarotu, inerces likuma plašums nav intuitīvs.
Inerces moments
Dažreiz to sauc par rotācijas inerciinerces momentsir inerces leņķiskais analogs. Tā ir ķermeņa īpašība, kas ir atkarīga no ķermeņa masas, rādiusa un rotācijas ass. InerceEsrotācijas kustībai ir tāda pati masa kā lineārajai kustībai, taču, lai arī inerce un masa ir analogi, inerces masas vienības reizina ar attāluma kvadrātu (piemēram, kg⋅m2).
Šis lielums raksturo, cik grūti vai viegli ir mainīt objekta rotāciju, tostarp sākt to rotēt vai apturēt, kad tas jau rotē.
Arī lineārā kinētiskā enerģija tiek izteikta kā
KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2
rotācijas kinētisko enerģiju dod
KE_ {rot} = \ frac {1} {2} I \ omega ^ 2
kur ω apzīmēleņķiskais ātrumsradiānos sekundē.
Rotācijas inerce: turpmākas diskusijas
Ir svarīgi atzīt, ka inerces jēdzienam nebūtu jēgas, neizmantojot atsauces ietvarus, vaiinerciālie rāmji. Inerciālais rāmis ir tāds, ko var uzskatīt par nekustīgu, lai citiem kadra objektiem varētu piešķirt nozīmīgas vērtībasv, a, run tā tālāk. Tas ir rāmis, kurā tāpēc tiek piemēroti Ņūtona likumi. Uz šī rāmja daļas, kas bieži vien ir pati Zeme, parasti tiek uzlikta režģa koordinātu sistēma.
Kaut arī Zeme visiem praktiskajiem mērķiem ir "fiksēta" attiecībā uz lielāko daļu cilvēku ikdienas centienu, rūpīgi eksperimenti var pierādīt, ka fiziskie dati, kas savākti laboratorijā noteiktā laikā atrašanās vieta laika gaitā nedaudz atšķiras, pateicoties Zemes rotācijai un tās apgriezieniem ap sauli, translācijas kustībai caur pašu Piena Ceļa galaktiku un tā ieslēgts.
Šķiet, ka personīgā pieredze liecina arī par inerces likuma pārkāpumiem. Gandrīz visos gadījumos šis pārpratums rodas, neapzināti uzskatot atsauces ietvaru par inerciālu, ja tas tā nav. Piemēram, ja atrodaties kustīgā karuseļā, it īpaši ar lielu leņķa ātrumu, jūs jūtaties tā, it kā jūs paātrinātu visu laiku uz sāniem, nevis sajūta, ka jūsu ķermenis "vēlas" turpināt kustēties taisnā līnijā, kas pieskaras ķermeņa malai. karuselis.