Inércia: o que é e por que é importante? (c / exemplos)

Qualquer pessoa que já apoiou as mãos instintivamente no painel de um carro, antecipando que o veículo iria parar repentinamente, entende o conceito deinércia, mesmo que ela nunca tenha dedicado nenhum pensamento específico às leis da física.

Pode não ocorrer a este passageiro alerta que o mesmo princípio físico explica por que ela inclina conscientemente a cabeça para trás contra o encosto de cabeça do assento sempre que o motorista está prestes a pise no pedal do acelerador: ela sabe por experiência própria que um motorista de "pé de chumbo" pode colocá-la em risco de sofrer um golpe de chicote e submetê-la a uma força dirigida para trás quando o carro decolar.

Descendo na escala de urgência, tentando tirar o último pedaço de molho de salada ou ketchup de uma garrafa sacudindo-a para começar a correr eventos atléticos como o salto em distância e a oscilação contínua de uma cadeira de balanço depois que você para de tentar balançar tudo representam exemplos dolei da inércia, A primeira lei do movimento de Newton, na vida cotidiana.

No dia a dia, você pode ouvir um amigo brincar que a "inércia" o impediu de sair da cama e correr 8 km naquela manhã. Embora essa indolência perdoável não seja tecnicamente um exemplo formal de inércia no mundo da física, esse tipo de conversa despreocupada sobre a própria suposta semelhança com uma preguiça é, no entanto, ilustrativo de um dos conceitos mais importantes em todas as física.

O princípio da inércia descrevea tendência de um objeto permanecer em estado de repouso ou em movimento a uma velocidade constante.É, portanto, uma medida da resistência de um objeto à mudança de estado, seja um corpo em movimento ou algo sentado sobre uma mesa. Se um objeto tem mais inércia, ele requer mais trabalho para mudar seu estado, seja em repouso ou em velocidade constante. Correspondentemente, objetos com menos inércia estão em estados mais fáceis de mudar.

Uma razão pela qual o aspecto de "velocidade constante" pode não ser intuitivo é a existência de atrito. Quando você chuta uma bola em um campo, ela quica e eventualmente rola até parar devido ao atrito com a grama. Mas se o campo de jogo pudesse ser tornado sem atrito, a bola continuaria indo para sempre a uma velocidade constante, a menos que fosse parada por uma força externa. (Desnecessário dizer que esse estado de coisas certamente afetaria as regras de jogo de bola - e tudo mais - na Terra.)

• Às vezes, você verá a lei da inércia mencionada com o termo "velocidade constante" em vez de "velocidade constante". Embora seja verdade, isso não é descritivo o suficiente; a velocidade é apenas uma magnitude (valor numérico), enquanto a velocidade é uma quantidade vetorial e, portanto, também inclui a direção (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) continua sendo o possuidor de um dos intelectos mais notáveis ​​da história humana, tendo de fato reunido a disciplina matemática do cálculo do zero e contribuindo com o conhecimento sobre o movimento dos corpos que inspirou Galileo Galilei, um grande arquiteto de ideias astrofísicas por direito próprio, e incontáveis outras.

A primeira lei de Newton é às vezes chamada de lei da inércia porque descreve essa tendência de um objeto como dependente da presença ou ausência de uma força externa. Sem força resultante em um objeto, seu movimento não mudará. Como tal, esta lei não contribui para as equações de movimentos também desenvolvidas por Newton, talvez ajudando a explicar por que alguns alunos não estão familiarizados com ela.

​Segunda lei de newtonpropõe que as forças agem para acelerar massas, ou matematicamente,

Essa lei relaciona a força resultante em um sistema, incluindo a direção, à massa e ao movimento de suas partículas. Para calcular a força resultante, você simplesmente pega a soma vetorial de todas as forças que atuam no objeto. Finalmente, a terceira lei de Newton afirma que para cada força existe uma força igual e oposta em natureza - a "reação igual e oposta" também às vezes aplicada de forma jocosa, mas reveladora no dia a dia língua.

O projeto básico de toda a física é entender o movimento dos objetos, incluindo muitos que o olho humano não pode ver e partículas cuja existência pode ser pouco mais do que uma ideia lúdica. As aplicações do mundo real da lei da inércia incluem o projeto de dispositivos de segurança para veículos, incluindo, mas não se limitando a, assento cintos, que podem fornecer uma força externa para interromper o movimento de um corpo no caso de uma mudança repentina na física do meio Ambiente.

A inércia de um objeto também tem usos interessantes em viagens espaciais. Por exemplo, uma vez que um dispositivo escapa da gravidade da Terra, ele continuará em sua trajetória até encontrar outro campo gravitacional ou objeto. As sondas espaciais podem ser enviadas a grandes distâncias sem qualquer combustível adicional necessário além do necessário para "escapar" da Terra, realizar pequenas mudanças de navegação ou pousar em outro objeto.

Conforme discutido anteriormente, os objetos colocados em movimento na Terra não parecem imediatamente "intencionados" em continuar a uma velocidade constante por causa da força externa de fricção. Porque o atrito está virtualmente em toda parte (até mesmo o ar impõe uma grande quantidade dele em velocidades mais altas) e está constantemente diminuindo objetos para baixo, a menos que forças adicionais sejam continuamente adicionadas para combatê-los, a amplitude da lei da inércia não é intuitivo.

Às vezes chamada de inércia rotacional, amomento de inérciaé o análogo angular da inércia. É uma propriedade de um corpo que depende de sua massa, raio e eixo de rotação. Inérciaeué para o movimento de rotação o que a massa está para o movimento linear, mas embora a inércia e a massa sejam análogas, a inércia tem unidades de massa vezes o quadrado da distância (por exemplo, kg⋅m²).

Essa quantidade descreve o quão difícil ou fácil é mudar a rotação de um objeto, incluindo começar a girar ou interrompê-lo quando já estiver girando.

Além disso, enquanto a energia cinética linear é expressa como

energia cinética rotacional é dada por

onde ω representavelocidade angularem radianos por segundo.

É importante reconhecer que o conceito de inércia não faria sentido sem o recurso a quadros de referência, ouquadros inerciais. Um quadro inercial é aquele que pode ser tratado como estacionário para que outros objetos no quadro possam receber valores significativos parav​, ​uma​, ​re assim por diante. É um quadro em que as leis de Newton, portanto, se aplicam. Um sistema de coordenadas de grade é geralmente sobreposto em parte deste quadro, que geralmente é a própria Terra.

Enquanto a Terra, para todos os efeitos práticos, é "fixa" em relação à maioria dos empreendimentos humanos cotidianos, experimentos cuidadosos podem mostrar que os dados físicos coletados em um laboratório em um determinado localização difere ligeiramente ao longo do tempo graças à rotação da Terra junto com sua revolução ao redor do sol, movimento translacional através da própria Via Láctea e assim sobre.

A experiência pessoal também parece apresentar violações da lei da inércia. Em quase todos os casos, esse mal-entendido surge do tratamento inconsciente de um referencial como inercial, quando não o é. Por exemplo, se você está em um carrossel em movimento, especialmente um com alta velocidade angular, você sente como se estivesse sendo acelerado o tempo todo, ao invés de sentir que seu corpo "quer" continuar se movendo em uma linha reta tangente à borda do Carrossel.