Wat is traagheid?

Je kunt traagheid zien als een mysterieuze kracht die je ervan weerhoudt iets te doen wat je moet doen, zoals je huiswerk, maar dat is niet wat natuurkundigen met het woord bedoelen. In de natuurkunde is traagheid de neiging van een object om in rust of in een staat van uniforme beweging te blijven. Deze neiging is afhankelijk van de massa, maar het is niet precies hetzelfde. U kunt de traagheid van een object meten door een kracht uit te oefenen om de beweging ervan te veranderen. Traagheid is de neiging van het object om de uitgeoefende kracht te weerstaan.

Omdat ze tegenwoordig zo logisch lijken, is het moeilijk te begrijpen hoe revolutionair de drie bewegingswetten van Newton waren voor de wetenschappelijke gemeenschap van die tijd. Vóór Newton en Galileo hadden wetenschappers een 2000 jaar oude overtuiging dat objecten een natuurlijke neiging hadden om tot rust te komen als ze alleen werden gelaten. Galileo ging in op dit geloof met een experiment met hellende vlakken die tegenover elkaar stonden. Hij concludeerde dat een bal die door deze vlakken heen en weer fietste, voor altijd tot dezelfde hoogte zou blijven stijgen als wrijving geen rol speelde. Newton gebruikte dit resultaat om zijn Eerste Wet te formuleren, waarin staat:

Elk object blijft in zijn rust- of bewegingstoestand in een rechte lijn, tenzij er een externe kracht op inwerkt.

Natuurkundigen beschouwen deze verklaring als de formele definitie van traagheid.

Volgens de tweede wet van Newton is de kracht (F) die nodig is om de bewegingstoestand van een object te veranderen het product van de massa van het object (m) en de versnelling die wordt veroorzaakt door de kracht (a):

F = ma

Om te begrijpen hoe massa gerelateerd is aan traagheid, overweeg dan een constante kracht F_c handelend op twee verschillende lichamen. Het eerste lichaam heeft massa m₁ en het tweede lichaam heeft massa m₂.

Wanneer handelend op m₁, F_c produceert een versnelling a₁:

(F_c = m₁een₁)

Wanneer handelend op m₂, het produceert een versnelling a₂:

(F_c = m₂een₂)

sinds F_c constant is en niet verandert, geldt het volgende:

m₁een₁ = m₂een₂

en

m₁/m₂ = a₂/een₁

Als ik₁ is groter dan m₂, dan weet je een₂ zal groter zijn dan een₁ om beide gelijk te maken F_c, en vice versa.

Met andere woorden, de massa van het object is een maat voor zijn neiging om de kracht te weerstaan ​​en in dezelfde bewegingstoestand voort te gaan. Hoewel massa en traagheid niet precies hetzelfde betekenen, wordt traagheid meestal gemeten in eenheden van massa. In het SI-systeem zijn de eenheden gram en kilogram, en in het Britse systeem zijn de eenheden slakken. Wetenschappers praten meestal niet over traagheid in bewegingsproblemen. Ze bespreken meestal de massa.

Een roterend lichaam heeft ook de neiging om krachten te weerstaan, maar omdat het is samengesteld uit een verzameling deeltjes die op verschillende afstanden van het rotatiecentrum praten wetenschappers over het traagheidsmoment in plaats van over de traagheid. De traagheid van een lichaam in lineaire beweging kan worden gelijkgesteld aan zijn massa, maar het berekenen van het traagheidsmoment van een roterend lichaam is ingewikkelder omdat het afhangt van de vorm van het lichaam. De algemene uitdrukking voor het traagheidsmoment (I) of een roterend massalichaam m en straal r is

ik = kmr²

waarbij k een constante is die afhangt van de vorm van het lichaam. De eenheden van het traagheidsmoment zijn (massa) • (as-to-rotatie-massaafstand)².