Atalet: Nedir ve Neden Önemlidir? (Örnekler ile)

Aracın aniden duracağını tahmin ederek içgüdüsel olarak ellerini bir arabanın ön paneline koymuş olan herkes şu kavramı anlar.eylemsizlik, fizik yasalarına hiçbir zaman özel bir düşünce ayırmamış olsa bile.

Bu dikkatli yolcunun aklına, aynı fiziksel ilkenin, sürücü hareket etmek üzereyken neden bilinçli olarak başını koltuğunun baş dayanağına yasladığını açıkladığı gelmeyebilir. Gaz pedalına basın: "Yönelimli" bir sürücünün kendisini kamçılanma riskine sokmaya ve araba kalktığında onu geriye doğru yönlendirilmiş bir kuvvete maruz bırakmaya eğilimli olduğunu deneyimlerinden biliyor.

Aciliyet ölçeğinde aşağı inmek, salata sosu veya ketçapın son parçasını sallayarak bir şişeden çıkarmaya çalışmak, hızlı bir başlangıç ​​yapmak Uzun atlama ve sallamaya çalışmayı bıraktıktan sonra bir sallanan sandalyenin sürekli salınımı gibi atletik olaylar,eylemsizlik yasası, Newton'un birinci hareket yasası, günlük yaşamda.

Günlük düzeyde, bir arkadaşınızın "atalet" in onu yataktan kalkıp o sabah 5 mil koşmaktan alıkoyduğuna dair bir şaka duyabilirsiniz. Bu tür affedilebilir tembellik, teknik olarak fizik dünyasında resmi bir atalet örneği olmasa da, bu tür neşeli gevezelikler. Bununla birlikte, bir tembel hayvana kendi varsayılan benzerliği hakkında, tüm uygulamalı bilimlerdeki en önemli kavramlardan birinin açıklayıcısıdır. fizik.

Atalet ilkesini açıklarbir cismin durgun halde kalma veya sabit bir hızla hareket halinde kalma eğilimi.Bu nedenle, hareket eden bir cisim veya masada oturan bir şey olsun, bir nesnenin durumunu değiştirmeye karşı direncinin bir ölçüsüdür. Bir nesnenin daha fazla eylemsizliği varsa, durumunu değiştirmek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyar, ister durağan isterse sabit bir hız olsun. Buna bağlı olarak, daha az eylemsizliğe sahip nesneler, değiştirilmesi daha kolay durumlardadır.

"Sabit hız" özelliğinin sezgisel olmamasının bir nedeni, sürtünmenin varlığıdır. Topu bir sahaya vurduğunuzda, seker ve sonunda çimin sürtünmesi nedeniyle durur. Ancak oyun alanı sürtünmesiz hale getirilebilseydi, top bir dış kuvvet tarafından durdurulmadığı sürece sonsuza kadar sabit bir hızla gitmeye devam ederdi. (Söylemeye gerek yok, bu durum aynı zamanda Dünya'daki top oyunlarının - ve diğer her şeyin - kurallarını da kesinlikle etkileyecektir.)

• Bazen, "sabit hız" yerine "sabit hız" terimiyle bahsedilen atalet yasasını görürsünüz. Doğru olsa da, bu yeterince açıklayıcı değildir; hız yalnızca bir büyüklüktür (sayı değeri), oysa hız bir vektör miktarıdır ve bu nedenle yönü (x, y, z) de içerir.

Isaac Newton (1642-1726), gerçekte matematik disiplinini bir araya getirerek, insanlık tarihinin en dikkate değer zekalarından birinin sahibi olmaya devam ediyor. Kendi başına astrofizik fikirlerinin büyük bir mimarı olan Galileo Galilei'ye ilham veren cisimlerin hareketi hakkında sıfırdan ve katkıda bulunan bilgiler ve sayısız diğerleri.

Newton'un birinci yasasına bazen eylemsizlik yasası denir, çünkü bir nesnenin bu eğilimini bir dış kuvvetin varlığına veya yokluğuna bağlı olarak tanımlar. Bir cisme net kuvvet uygulanmadığı için hareketi değişmez. Bu nedenle, bu yasa Newton tarafından geliştirilen hareket denklemlerine katkıda bulunmaz, belki de bazı öğrencilerin neden ona aşina olmadığını açıklamaya yardımcı olur.

​Newton'un ikinci yasasıkuvvetlerin kütleleri hızlandırmak için veya matematiksel olarak hareket ettiğini öne sürüyor,

Bu yasa, bir sistemdeki net kuvveti, yönü de dahil olmak üzere, parçacıklarının kütlesi ve hareketi ile ilişkilendirir. Net kuvveti hesaplamak için, nesneye etki eden tüm kuvvetlerin vektör toplamını almanız yeterlidir. Son olarak, Newton'un üçüncü yasası, her kuvvet için eşit ve zıt bir kuvvet olduğunu iddia eder. doğa - "eşit ve zıt tepki" bazen şaka yollu ama günlük hayatta da anlamlı bir şekilde uygulanır. dil.

Tüm fiziğin temel projesi, insan gözünün göremediği birçok nesne ve varlığı bir oyun fikrinden biraz daha fazlası olabilecek parçacıklar da dahil olmak üzere nesnelerin hareketini anlamaktır. Atalet yasasının gerçek dünyadaki uygulamaları, koltuk dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere araçlar için güvenlik cihazlarının tasarımını içerir. ani fizikte ani bir değişiklik olması durumunda vücudun hareketini durdurmak için harici bir kuvvet sağlayabilen kayışlar çevre.

Bir nesnenin eylemsizliği de uzay yolculuğunda ilginç kullanımlara sahiptir. Örneğin, bir cihaz Dünya'nın yerçekiminden kurtulduğunda, başka bir yerçekimi alanı veya nesnesiyle karşılaşana kadar verilen yörüngede devam edecektir. Uzay sondaları, Dünya'dan "kaçmak", küçük navigasyon değişiklikleri yapmak veya başka bir nesneye inmek için gerekenden başka herhangi bir ek yakıt gerekmeden büyük mesafelere gönderilebilir.

Daha önce tartışıldığı gibi, Dünya'da harekete geçen nesneler, dış sürtünme kuvveti nedeniyle hemen sabit bir hızla devam etme "niyeti" gibi görünmüyor. Sürtünme neredeyse her yerde olduğundan (hava bile daha yüksek hızlarda büyük bir kısmını empoze eder) ve sürekli olarak yavaşlar. Bununla mücadele etmek için sürekli olarak ek kuvvetler eklenmedikçe, nesneler aşağı iner, eylemsizlik yasasının genişliği değişmez. sezgisel.

Bazen dönme ataleti olarak adlandırılaneylemsizlik momentieylemsizliğin açısal analogudur. Bir cismin kütlesine, yarıçapına ve dönme eksenine bağlı olan bir cismin özelliğidir. Eylemsizlikbenkütle doğrusal hareket için neyse, dönme hareketi için de odur, ancak atalet ve kütle analog olsa da, atalet kütle çarpı uzaklığın karesine sahiptir (örneğin, kg⋅m²).

Bu miktar, bir nesnenin dönüşünü değiştirmenin ne kadar zor veya kolay olduğunu, dönmeye başlaması veya dönerken durdurması da dahil olmak üzere açıklar.

Ayrıca lineer kinetik enerji şu şekilde ifade edilirken

dönme kinetik enerjisi ile verilir

nerede ω temsil ederaçısal hızradyan/saniye cinsinden.

Atalet kavramının referans çerçevelerine başvurmadan hiçbir anlam ifade etmeyeceğini veyaeylemsiz çerçeveler. Eylemsiz çerçeve, çerçevedeki diğer nesnelere anlamlı değerler atanabilmesi için durağan olarak değerlendirilebilen bir çerçevedir.v​, ​bir​, ​rve benzeri. Bu nedenle Newton yasalarının geçerli olduğu bir çerçevedir. Genellikle Dünya'nın kendisi olan bu çerçevenin bir kısmına bir ızgara koordinat sistemi eklenir.

Dünya, tüm pratik amaçlar için, günlük insan çabalarının çoğuna göre "sabit" olsa da, dikkatli deneyler, bir laboratuarda toplanan fiziksel verilerin belirli bir zamanda Yer, Güneş etrafındaki dönüşüyle ​​birlikte Dünya'nın dönüşü, Samanyolu Gökadası'nın kendi içindeki öteleme hareketi sayesinde zaman içinde biraz farklılık gösterir. üzerinde.

Kişisel deneyim aynı zamanda atalet yasasının ihlallerini de sunuyor gibi görünüyor. Hemen hemen tüm durumlarda, bu yanlış anlama, bilmeden bir referans çerçevesinin eylemsiz olduğu halde eylemsiz olarak ele alınmasından kaynaklanır. Örneğin, özellikle yüksek açısal hızı olan hareketli bir atlıkarınca üzerindeyseniz, hızlanıyormuş gibi hissedersiniz. Vücudunuzun çizginin kenarına teğet düz bir çizgide hareket etmeye devam etmek "istediğini" hissetmek yerine, her zaman yana doğru atlıkarınca.