Tröghet: Vad är det och varför är det viktigt? (w / Exempel)

Den som någonsin instinktivt har hållit händerna på bilens instrumentbräda i väntan på att fordonet plötsligt stannar förstår begreppettröghet, även om hon aldrig har ägnat några specifika tankar åt fysikens lagar.

Det kan inte hända att den uppmärksamma passageraren tänker att samma fysiska princip förklarar varför hon medvetet lutar huvudet mot sitt sitt nackstöd när föraren ska tryck ner bensinpedalen: Hon vet av erfarenhet att en "blyfot" förare är benägen att sätta henne i riskzonen för whiplash och utsätta henne för en bakåtriktad kraft när bilen lyfter.

Flytta ner brådskan, försöka få ut den sista biten salladsdressing eller ketchup ur en flaska genom att skaka den, få igång atletiska händelser som längdhopp och den fortsatta svängningen av en gungstol efter att du slutat försöka vagga allt representerar exempel påtröghetslagen, Newtons första rörelselag, i vardagen.

På vardaglig nivå kanske du hör ett kompisskämt om att "tröghet" hindrade honom eller henne från att gå ut ur sängen och göra en 5-mils spring den morgonen. Medan sådan förlåtlig slöhet inte är tekniskt ett formellt exempel på tröghet i fysikens värld, är denna typ av lättsam prat om ens egen förmodade likhet med en lättja är ändå illustrativ för ett av de viktigaste begreppen i alla tillämpningar fysik.

Tröghetsprincipen beskrivertendensen hos ett objekt att stanna i vilotillstånd eller förbli i rörelse med konstant hastighet.Det är alltså ett mått på ett objekts motstånd mot att ändra dess tillstånd, vare sig det är en rörlig kropp eller något som sitter på ett bord. Om ett objekt har mer tröghet kräver det mer arbete för att ändra dess tillstånd, vare sig det är vila eller en konstant hastighet. På motsvarande sätt är objekt med mindre tröghet i lättare att byta tillstånd.

En anledning till att "konstant hastighet" -aspekten kanske inte är intuitiv är att det finns friktion. När du sparkar en boll längs ett fält studsar den och rullar så småningom till ett stopp på grund av gräsmattan. Men om spelplanen kunde göras friktionsfri skulle bollen fortsätta för evigt med konstant hastighet såvida den inte stoppades av en extern kraft. (Det är självklart att detta tillstånd också verkligen skulle påverka reglerna för bollspel - och allt annat - på jorden.)

• Ibland ser du tröghetslagen som nämns med termen "konstant hastighet" istället för "konstant hastighet." Även om det är sant är det inte tillräckligt beskrivande. hastighet är bara en storlek (talvärde), medan hastighet är en vektormängd och därför också inkluderar riktning (x, y, z).

Isaac Newton (1642-1726) förblir innehavare av en av de mest anmärkningsvärda intelligenser i mänsklighetens historia, efter att ha sammanställt den matematiska disciplinen för kalkyl från grunden och bidra med kunskap om kroppens rörelse som inspirerade Galileo Galilei, en stor arkitekt för astrofysikidéer i sig och otaliga andra.

Newtons första lag kallas ibland tröghetslagen eftersom den beskriver denna objekts tendens som beroende av närvaron eller frånvaron av en extern kraft. Utan nettokraft på ett objekt ändras inte rörelsen. Som sådan bidrar inte denna lag till Newtons ekvationer av rörelser, som kanske hjälper till att förklara varför vissa elever inte känner till den.

​Newtons andra lagföreslår att krafter agerar för att påskynda massorna, eller matematiskt,

Denna lag relaterar nettokraften i ett system, inklusive riktningen, till massan och rörelsen hos dess partiklar. För att beräkna nettokraften tar du helt enkelt vektorsumman av alla krafter som verkar på objektet. Slutligen hävdar Newtons tredje lag att det för varje kraft finns en lika och motsatt kraft i naturen - den "lika och motsatta reaktionen" tillämpades ibland skämtsamt men talande i vardagen språk.

Det grundläggande projektet för all fysik är att förstå objektens rörelse, inklusive många som det mänskliga ögat inte kan se och partiklar vars existens kan vara lite mer än en lekfull idé. Verkliga tillämpningar av tröghetslagen inkluderar utformningen av säkerhetsanordningar för fordon, inklusive men inte begränsat till säte bälten, som kan ge en extern kraft för att stoppa kroppens rörelse i händelse av en plötslig förändring i den omedelbara fysiken miljö.

Trögheten hos ett objekt har också intressanta användningsområden för rymdresor. Till exempel, när en enhet undgår jordens tyngdkraft kommer den att fortsätta på sin givna bana tills den stöter på ett annat gravitationsfält eller objekt. Rymdprober kan skickas långa avstånd utan ytterligare bränsle som krävs än det som behövs för att "fly" jorden, genomföra mindre navigationsförändringar eller landa på ett annat objekt.

Som diskuterats tidigare verkar objekt som startas på jorden inte omedelbart vara "avsedda" att fortsätta med en konstant hastighet på grund av den yttre friktionskraften. Eftersom friktion är praktiskt taget överallt (även luft påför mycket av det vid högre hastigheter) och saktar konstant föremål ned om inte ytterligare krafter ständigt läggs till för att bekämpa det, är inte tröghetslagen helt intuitiv.

Ibland kallas rotationsinerti, dentröghetsmomentär vinkelanalogen av tröghet. Det är en egenskap hos en kropp som beror på kroppens massa, radie och rotationsaxel. TröghetJagär att rotera rörelse vad massa är till linjär rörelse, men även om tröghet och massa är analoga, har tröghet massenheter gånger kvadratet av avståndet (t.ex. kg⋅m²).

Denna kvantitet beskriver hur svårt eller enkelt det är att ändra ett objekts rotation, inklusive att få det att börja rotera eller stoppa det när det redan roterar.

Även medan linjär kinetisk energi uttrycks som

roterande kinetisk energi ges av

där ω representerarvinkelhastigheti radianer per sekund.

Det är viktigt att inse att tröghetsbegreppet inte skulle vara meningsfullt utan att använda referensramar, ellertröghetsramar. En tröghetsram är en som kan behandlas som stillastående så att andra objekt i ramen kan tilldelas meningsfulla värden förv​, ​a​, ​roch så vidare. Det är en ram där Newtons lagar därför gäller. Ett nätkoordinatsystem läggs vanligtvis på en del av denna ram, som ofta är jorden själv.

Medan jorden för alla praktiska ändamål är "fixerad" i förhållande till de flesta vardagliga mänskliga strävanden, kan noggranna experiment visa att fysiska data som samlats in i ett laboratorium i en given plats skiljer sig något över tiden tack vare jordens rotation tillsammans med dess rotation runt solen, translationell rörelse genom själva Vintergatan och så på.

Personlig erfarenhet verkar också utgöra brott mot tröghetslagen. I nästan alla fall uppstår detta missförstånd genom att man omedvetet behandlar en referensram som tröghet när den inte är det. Om du till exempel är i en rörlig karusell, särskilt en med hög vinkelhastighet, känns det som om du accelereras i sidled hela tiden, snarare än att känna att din kropp "vill" fortsätta att röra sig i en rak linje som tangerar kanten på karusell.