Możesz myśleć o bezwładności jako o tajemniczej sile, która powstrzymuje cię od zrobienia czegoś, co musisz zrobić, na przykład pracy domowej, ale fizycy nie mają na myśli tego słowa. W fizyce bezwładność to tendencja obiektu do pozostawania w spoczynku lub w stanie ruchu jednostajnego. Ta tendencja zależy od masy, ale to nie jest dokładnie to samo. Bezwładność obiektu można zmierzyć, stosując siłę zmieniającą jego ruch. Bezwładność to tendencja obiektu do opierania się przyłożonej sile.
Pojęcie bezwładności pochodzi z pierwszego prawa Newtona
Ponieważ dzisiaj wydają się one tak zdroworozsądkowe, trudno jest docenić, jak rewolucyjne były dla ówczesnej społeczności naukowej trzy zasady dynamiki Newtona. Przed Newtonem i Galileuszem naukowcy wierzyli od 2000 lat, że przedmioty mają naturalną tendencję do zatrzymywania się, jeśli zostaną pozostawione same sobie. Galileusz odniósł się do tego przekonania, przeprowadzając eksperyment z nachylonymi płaszczyznami, które znajdowały się naprzeciwko siebie. Doszedł do wniosku, że kula krążąca w górę iw dół tych płaszczyzn będzie nadal unosić się na tę samą wysokość w nieskończoność, gdyby tarcie nie było czynnikiem. Newton wykorzystał ten wynik do sformułowania swojego pierwszego prawa, które mówi:
Każdy obiekt pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu po linii prostej, o ile nie działa na niego siła zewnętrzna.
Fizycy uważają to stwierdzenie za formalną definicję bezwładności.
Bezwładność zmienia się wraz z masą
Zgodnie z drugim prawem Newtona siła (F) wymagana do zmiany stanu ruchu ciała jest iloczynem masy ciała (m) i przyspieszenia wywołanego siłą (a):
F = ma
Aby zrozumieć związek masy z bezwładnością, rozważ stałą siłę Fdo działając na dwa różne organy. Pierwsze ciało ma masę m1 a drugie ciało ma masę m2.
Działając na m1, Fdo wytwarza przyspieszenie a1:
(FAdo = m1za1)
Działając na m2, wytwarza przyspieszenie a2:
(FAdo = m2za2)
Od Fdo jest stała i nie zmienia się, prawdziwe jest:
m1za1 = m2za2
i
m1/m2 = a2/za1
Jeśli m1 jest większy niż m2, to wiesz2 będzie większy niż1 aby oba były równe Fdo, i wzajemnie.
Innymi słowy, masa obiektu jest miarą jego tendencji do opierania się sile i pozostawania w tym samym stanie ruchu. Chociaż masa i bezwładność nie oznaczają dokładnie tego samego, bezwładność jest zwykle mierzona w jednostkach masy. W systemie SI jego jednostkami są gramy i kilogramy, a w systemie brytyjskim jednostkami są ślimaki. Naukowcy zwykle nie dyskutują o problemach z bezwładnością w ruchu. Zwykle rozmawiają o mszy.
Moment bezwładności
Obracające się ciało ma również tendencję do opierania się siłom, ale ponieważ składa się ze zbioru cząstek, które w różnych odległościach od środka obrotu naukowcy mówią raczej o jego momencie bezwładności niż o jego bezwładności. Bezwładność ciała w ruchu liniowym można przyrównać do jego masy, ale obliczenie momentu bezwładności wirującego ciała jest bardziej skomplikowane, ponieważ zależy od kształtu ciała. Uogólnione wyrażenie na moment bezwładności (I) lub wirujące ciało o masie m i promieniu r to
ja = kmr2
gdzie k jest stałą zależną od kształtu ciała. Jednostkami momentu bezwładności są (masa) • (odległość między osią a obrotem i masą)2.