Inercija: Kaj je to in zakaj je pomembno? (z / primeri)

Vsakdo, ki je kdaj nagonsko držal roke na armaturni plošči avtomobila v pričakovanju, da se bo vozilo nenadoma ustavilo, razume konceptvztrajnost, tudi če nikoli ni posvečala nobenih posebnih misli fizikalnim zakonom.

Tej opozorilni sopotnici morda ne bo padlo na misel, da isti fizični princip pojasnjuje, zakaj zavestno nagne glavo nazaj proti naslonu za glavo svojega sedeža, kadar koli voznik namerava pritisni na stopalko za plin: Iz izkušenj ve, da jo voznik z "vodilnimi nogami" lahko ogrozi zaradi udarcev in jo ob vzletu avtomobila podvrže sili, usmerjeni nazaj.

Premikanje po lestvici nujnosti, poskušanje iz steklenice iz steklenice izvleči še zadnji košček solatnega preliva ali kečapa, začetek tekanja v atletski dogodki, kot sta skok v daljino in nadaljnje nihanje gugalnega stola, potem ko se nehate truditi, predstavljajo primerevztrajnostni zakon, Newtonov prvi zakon gibanja, v vsakdanjem življenju.

Na vsakdanji ravni boste morda zaslišali prijateljsko šalo, da mu "vztrajnost" preprečuje, da bi vstal iz postelje in tisto jutro naredil 5-kilometrski tek. Čeprav takšna odpustljiva indolenca tehnično ni formalni primer vztrajnosti v svetu fizike, tovrstno lahkotno kramljanje o lastni domnevni podobnosti z lenuhom je kljub vsemu ponazoritev enega najpomembnejših konceptov vseh uporabljenih fizika.

Načelo vztrajnosti opisujetežnja predmeta, da ostane v stanju mirovanja ali ostane v gibanju s konstantno hitrostjo.Tako je merilo odpornosti predmeta na spreminjanje njegovega stanja, pa naj gre za gibljivo telo ali kaj, kar sedi na mizi. Če ima objekt več vztrajnosti, zahteva več dela, da spremeni svoje stanje, najsi bo to počitek ali stalna hitrost. Ustrezno so tudi objekti z manj vztrajnosti v lažje spremenljivih stanjih.

Eden od razlogov, da vidik "konstantne hitrosti" morda ni intuitiven, je obstoj trenja. Ko žogo brcnete po polju, se ta odbije in se na koncu ustavi zaradi trenja trate. Če pa bi bilo igralno polje brez trenja, bi žoga za vedno trajala s konstantno hitrostjo, razen če bi jo ustavila zunanja sila. (Ni treba posebej poudarjati, da bi to stanje zagotovo vplivalo tudi na pravila igre z žogo - in na vse ostalo - na Zemlji.)

• Včasih boste videli zakon vztrajnosti, ki je omenjen z izrazom "konstantna hitrost" namesto "konstantna hitrost". Čeprav je res, to ni dovolj opisno; hitrost je le velikost (številčna vrednost), medtem ko je hitrost vektorska količina in zato vključuje tudi smer (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) ostaja imetnik enega najpomembnejših spoznanj v človeški zgodovini, saj je pravzaprav sestavil matematično disciplino računa. iz nič in prispeva znanje o gibanju teles, ki je Galilea Galileija, samega sebe velikega arhitekta idej o astrofiziki, navdihnilo in nešteto drugi.

Newtonov prvi zakon se včasih imenuje zakon vztrajnosti, ker opisuje to težnjo predmeta kot odvisno od prisotnosti ali odsotnosti zunanje sile. Brez čiste sile na predmet se njegovo gibanje ne bo spremenilo. Ta zakon kot tak ne prispeva k enačbam gibov, ki jih je razvil tudi Newton, in morda pomaga razložiti, zakaj ga nekateri učenci ne poznajo.

​Newtonov drugi zakonpredlaga, da sile delujejo za pospeševanje množic ali matematično,

Ta zakon povezuje neto silo v sistemu, vključno s smerjo, z maso in gibanjem njegovih delcev. Za izračun neto sile preprosto vzamete vektorsko vsoto vseh sil, ki delujejo na objekt. Končno pa Newtonov tretji zakon trdi, da za vsako silo obstaja enaka in nasprotna sila narava - "enaka in nasprotna reakcija" se včasih uporablja tudi v šali, a zgovorno vsak dan jezik.

Osnovni projekt celotne fizike je razumevanje gibanja predmetov, vključno s številnimi, ki jih človeško oko ne vidi, in delci, katerih obstoj je lahko le nekaj kot igriva ideja. Dejanske uporabe zakona o vztrajnosti vključujejo zasnovo varnostnih naprav za vozila, vključno s sedežem, vendar ne omejeno nanje pasovi, ki lahko zagotavljajo zunanjo silo, da ustavijo gibanje telesa v primeru nenadne spremembe fizike neposrednega okolje.

Vztrajnost predmeta ima zanimivo uporabo tudi v vesoljskih potovanjih. Ko se naprava na primer izogne ​​gravitaciji Zemlje, bo nadaljevala po dani poti, dokler ne naleti na drugo gravitacijsko polje ali predmet. Vesoljske sonde lahko pošljete na velike razdalje brez dodatnega goriva, ki ni potrebno, razen tistega, ki je potrebno za "pobeg" z Zemlje, izvajanje manjših sprememb v navigaciji ali pristanek na drugem objektu.

Kot smo že omenili, se zdi, da se predmeti, ki se premikajo na Zemlji, zaradi zunanje sile trenja nimajo namena nadaljevati s stalno hitrostjo. Ker je trenje tako rekoč povsod (celo zrak ga nalaga pri večjih hitrostih) in se nenehno upočasnjuje predmetov navzdol, razen če se za boj proti njemu nenehno dodajajo dodatne sile, širina zakona o vztrajnosti ni intuitiven.

Včasih se imenuje rotacijska vztrajnostvztrajnostni trenutekje kotni analog vztrajnosti. Je lastnost telesa, ki je odvisna od telesne mase, polmera in osi vrtenja. Inercijajazje rotacijsko gibanje, kar je masa linearnemu gibanju, toda čeprav sta vztrajnost in masa analoga, ima vztrajnost enote mase, pomnožene s kvadratom razdalje (npr. kg⋅m²).

Ta količina opisuje, kako težko ali enostavno je spremeniti vrtenje predmeta, vključno s tem, da se začne vrteti ali ustaviti, ko se že vrti.

Medtem ko je linearna kinetična energija izražena kot

rotacijsko kinetično energijo daje

kjer ω predstavljakotna hitrostv radianih na sekundo.

Pomembno je priznati, da koncept vztrajnosti ne bi imel smisla brez uporabe referenčnih okvirov ozvztrajnostni okviri. Vztrajnostni okvir je tisti, ki ga lahko obravnavamo kot mirujočega, tako da lahko drugim predmetom v okviru dodelimo smiselne vrednosti zav​, ​a​, ​rin tako naprej. To je okvir, v katerem torej veljajo Newtonovi zakoni. Na del tega okvira, ki je pogosto Zemlja sama, je običajno nameščen koordinatni sistem mreže.

Čeprav je Zemlja za vse praktične namene "fiksna" glede na večino vsakdanjih človekovih prizadevanj, lahko natančni poskusi pokažejo, da so fizični podatki, zbrani v laboratoriju v določenem lokacija se sčasoma nekoliko razlikuje zaradi vrtenja Zemlje skupaj z njeno revolucijo okoli sonca, translacijskim gibanjem skozi samo Galaksijo Rimske ceste in tako na.

Zdi se, da osebne izkušnje predstavljajo tudi kršitve zakona o vztrajnosti. V skoraj vseh primerih pride do tega nesporazuma zaradi nevede obravnave referenčnega okvira kot vztrajnega, kadar ni. Na primer, če ste na premični vrtiljaki, zlasti tisti z visoko kotno hitrostjo, se počutite, kot da vas pospešujejo ves čas vstran, namesto da bi se počutili, kot da se vaše telo "želi", da bi se še naprej premikalo po ravni črti, vrtiljak.