Treghet: Hva er det og hvorfor er det viktig? (m / eksempler)

Alle som noensinne har instinktivt støttet hendene på bilens dashbord i påvente av at kjøretøyet plutselig stopper, forstår begrepettreghet, selv om hun aldri har viet noen spesifikke tanker til fysikkens lover.

Det kan hende at denne våkne passasjeren ikke kommer til å oppleve at det samme fysiske prinsippet forklarer hvorfor hun bevisst vipper hodet mot hodestøtten til setet når føreren skal trykk på bensinpedalen: Hun vet av erfaring at en "blyfot" sjåfør er tilbøyelig til å sette henne i fare for piskesmell og utsette henne for en bakoverrettet kraft når bilen tar av.

Flytter deg ned på hastighetsskalaen, prøver å få den siste biten av salatdressing eller ketchup ut av en flaske ved å riste den, få en løpende start i atletiske begivenheter som lengdehopp og den fortsatte svingningen av en gyngestol etter at du slutter å prøve å rocke det hele representerer eksempler påtreghetsloven, Newtons første lov om bevegelse, i hverdagen.

På hverdagsnivå hører du kanskje en venn som tuller om at "treghet" hindret ham eller henne i å komme seg ut av sengen og kjøre en 5 mil lang den morgenen. Selv om slik tilgivelig tristhet ikke teknisk sett er et formelt eksempel på treghet i fysikkens verden, er denne typen lyse snakking om ens egen antatte likhet med en dovendyr er likevel illustrerende for et av de viktigste begrepene i alle anvendte fysikk.

Treghetsprinsippet beskrivertendensen til et objekt til å forbli i hviletilstand eller forbli i bevegelse med konstant hastighet.Det er således et mål på motstanden til et objekt mot å endre tilstand, det være seg en kropp som beveger seg eller noe som sitter på et bord. Hvis et objekt har mer treghet, krever det mer arbeid for å endre tilstanden, det være seg hvile eller konstant hastighet. Tilsvarende er gjenstander med mindre treghet i lettere å endre tilstander.

Én grunn til at "konstant hastighet" -aspektet kanskje ikke er intuitivt, er friksjonen. Når du sparker en ball nedover et felt, spretter den og ruller til slutt til en stopp på grunn av torvets friksjon. Men hvis spillefeltet kunne gjøres friksjonsfritt, ville ballen fortsette for alltid med konstant hastighet med mindre den ble stoppet av en ytre kraft. (Unødvendig å si at denne tilstanden også vil påvirke spillereglene for ballspill - og alt annet - på jorden.)

• Noen ganger vil du se treghetsloven nevnt med begrepet "konstant hastighet" i stedet for "konstant hastighet." Selv om det er sant, er dette ikke beskrivende nok; hastighet er bare en størrelse (tallverdi), mens hastighet er en vektormengde og inkluderer derfor også retning (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) er fortsatt innehaver av en av de mest bemerkelsesverdige intellektene i menneskehetens historie, etter å ha samlet den matematiske disiplinen kalkulator fra bunnen av og bidra med kunnskap om kroppens bevegelse som inspirerte Galileo Galilei, en stor arkitekt for astrofysikkideer i seg selv, og utallige andre.

Newtons første lov kalles noen ganger treghetsloven fordi den beskriver denne gjenstandens tendens som avhengig av tilstedeværelse eller fravær av en ekstern kraft. Uten nettokraft på et objekt vil ikke bevegelsen endres. Som sådan er ikke denne loven en bidragsyter til ligningene av bevegelser som også er utviklet av Newton, og kan kanskje bidra til å forklare hvorfor noen studenter ikke er kjent med den.

​Newtons andre lovforeslår at krefter virker for å akselerere massene, eller matematisk,

Denne loven relaterer nettokraft i et system, inkludert retningen, til massen og bevegelsen til partiklene. For å beregne nettokraft tar du ganske enkelt vektorsummen av alle krefter som virker på objektet. Til slutt hevder Newtons tredje lov at for hver styrke eksisterer det en lik og motsatt kraft i naturen - den "like og motsatte reaksjonen" gjaldt også noen ganger spøkende, men talende i hverdagen Språk.

Det grunnleggende prosjektet for all fysikk er å forstå bevegelsen til objekter, inkludert mange som menneskets øye ikke kan se og partikler hvis eksistens kan være litt mer enn en leken idé. Virkelige anvendelser av treghetsloven inkluderer utforming av sikkerhetsinnretninger for kjøretøy, inkludert men ikke begrenset til sete belter, som kan gi en ekstern kraft for å stoppe kroppens bevegelse i tilfelle en plutselig endring i den umiddelbare fysikken miljø.

Tregheten til et objekt har også interessante bruksområder i romfart. For eksempel, når en enhet unnslipper jordens tyngdekraft, vil den fortsette på sin gitte bane til den møter et annet gravitasjonsfelt eller objekt. Romsonder kan sendes store avstander uten noe ekstra drivstoff som kreves annet enn det som trengs for å "unnslippe" jorden, vedta mindre navigasjonsendringer eller lande på et annet objekt.

Som diskutert tidligere, ser ikke gjenstander satt i bevegelse på jorden ut til å være "intensjon" om å fortsette med konstant hastighet på grunn av den eksterne friksjonskraften. Fordi friksjon er praktisk talt overalt (til og med luft påfører mye av det ved høyere hastigheter) og bremser stadig motsetter seg med mindre ytterligere krefter kontinuerlig blir lagt til for å bekjempe det, er ikke bredden av treghetsloven intuitiv.

Noen ganger kalt rotasjonsinerti, dentreghetsmomenter vinkelanalogen av treghet. Det er en egenskap til en kropp som avhenger av kroppens masse, radius og rotasjonsakse. TreghetJeger til rotasjonsbevegelse hva masse er for lineær bevegelse, men selv om treghet og masse er analoge, har treghet masseenheter ganger kvadratet av avstanden (f.eks. kg⋅m²).

Denne mengden beskriver hvor vanskelig eller enkelt det er å endre et objekts rotasjon, inkludert å få det til å rotere eller stoppe det når det allerede roterer.

Også mens lineær kinetisk energi uttrykkes som

rotasjonskinetisk energi er gitt av

hvor ω representerervinkelhastigheti radianer per sekund.

Det er viktig å erkjenne at begrepet treghet ikke gir mening uten å bruke referanserammer, ellertreghetsrammer. En treghetsramme er en som kan behandles som stasjonær, slik at andre objekter i rammen kan tildeles meningsfulle verdier forv​, ​en​, ​rog så videre. Det er en ramme der Newtons lover derfor gjelder. Et rutenettkoordinatsystem er vanligvis lagt på en del av denne rammen, som ofte er selve jorden.

Mens Jorden, for alle praktiske formål, er "fast" i forhold til de fleste hverdagslige menneskelige anstrengelser, kan nøye eksperimenter vise at fysiske data samlet inn i et laboratorium i en gitt plasseringen avviker litt over tid takket være jordens rotasjon sammen med dens revolusjon rundt solen, translasjonsbevegelse gjennom selve Melkeveigalaksen på.

Personlig erfaring ser også ut til å presentere brudd på treghetsloven. I nesten alle tilfeller oppstår denne misforståelsen ved å uvitende behandle en referanseramme som treghet når den ikke er det. Hvis du for eksempel er i en gledelig runde, spesielt en med høy vinkelhastighet, føler du deg som om du blir akselerert sidelengs til enhver tid, i stedet for å føle at kroppen din "vil" fortsette å bevege seg i en rett linje som tangerer kanten av god tur.