Велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Знакомая ситуация, не правда ли? Объяснить это можно с точки зрения законов инерции. Как говорил знаменитый учёный А. Эйнштейн, инерция является пространственно-временным континуумом. Данное физическое явление заключается в свойстве тел передвигаться прямолинейно и равномерно в случае отсутствия воздействия на них внешних сил. Так, например, ракета, которую запускают с Земли, преодолев силы земного притяжения, движется только по инерции. На неё не действуют силы гравитационного притяжения Земли. Инерцию можно определить как свойство движения. Именно об этом физическом явлении мы сейчас и поговорим.
Что это такое?
Как известно, большой вклад в развитие механики сделали два знаменитых учёных — Галилео Галилей и Исаак Ньютон. Каждый из учёных по-своему объяснил суть инерции. Рассмотрим каждое мнение.
Вначале изучим мысли Галелео Галилея. Если тело совершает движение по горизонтальной поверхности, но оно не встречает никакого сопротивления движению, то оно передвигается равномерно. Такое движение могло бы быть продолжаться бесконечно, если бы плоскость простиралась в пространстве постоянно. Так, согласно Галилею, инерция представляет собой физическое явление, при котором объект может сохранять свою скорость, поддерживая её постоянное значение. В другом случае тело может находиться в состоянии покоя, если на него не будут оказывать влияние иные тела. Таково определение инерции по Галилею.
Согласно точке зрения Исаака Ньютона, любое тело способно пребывать в состоянии покоя, либо прямолинейного равномерного движения, пока на него не действуют сторонние силы. Ньютон считал, что инерция заключается в способности объекта сохранять свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела. Таково понятие инерции по Ньютону.
Как видите, две формулировки не противоречат друг другу. А это значит, что обе являются верными. Учёные смогли сойтись в своих взглядах на закон инерции.
Движение по инерции возможно лишь в том случае, если воздействие внешней силы на тело завершилось. Телам присуще свойство инертности, которое заключается в способности поддерживать постоянные значения скорости. Инерция тела вызвана физической средой, которая наблюдается во всем материальном пространстве и которая способна сопротивляться ускорению и смене направления движущейся массы.
История открытия
Первооткрывателем закона инерции стал всем известный учёный Галилео Галилей. Выявить главные показатели инерции учёный смог в 1632 году. Но, как утверждают многие исследователи, более точная и чёткая формулировка инерции принадлежит Исааку Ньютону. Учёный объяснил суть инерции в 1686 году. Теория инерции — один из главных законов классической механики. Выявление нового закона способствовало прогрессивному развитию физики.
В 1632 году был опубликован научный труд Галилео Галилея под названием «Диалог о двух главнейших системах мира». В результате многочисленных исследований учёный пришёл к выводу, что если тело перемещается по горизонтальной поверхности, не встречая сопротивления, то движение его является равномерным. При этом, если бы плоскость была бесконечной, то движение продолжалось бы постоянно. В этом заключается суть инерции.
Ученому также удалось доказать, что движение является не только равномерным, но еще и прямолинейным. Это связано с тем, что скорость сохраняет постоянный числовой показатель и одно и то же направление. Галилей смог доказать связь между силой и изменением скорости. Стоит учесть, что учёный допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности.
В 1638 году итальянский учёный Балиани внёс некоторые уточнения в закон инерции. Он заявил, что в случае отсутствия воздействия внешних сил тело движется только по прямой.
«Тело, раз начав двигаться, продолжает это движение и никогда само собою не останавливается», — так звучит закон инерции, сформулированный Декартом.
Вскоре Исаак Ньютон сформулировал свой первый закон, отражающий суть явления инерции. Согласно закону Ньютона, инерция представляет собой процесс сохранения скорости движения тела в случае отсутствия внешних воздействий. Первый закон Ньютона гласит, что если на определённый объект не оказывают воздействие другие тела, то тело движется равномерно и прямолинейно.
Таким образом, открытый однажды Галилео Галилеем закон инерции подвергался значительным изменениям и усовершенствованиям с течением времени.
Формула и закон
Интересный факт: в античные времена люди считали, что тело может двигаться только под воздействием других тел. Первым человеком, который не поверил данному предположению, был Галилео Галилей. Однако за свои «еретические» взгляды ему пришлось поплатиться. Он попал под арест, в тюрьму, а затем и в ссылку. Церковь в Средние века стала жестоким гонителем просвещения и препятствовала развитию научной мысли. Под ее влиянием единственный внук Галилея возненавидел деда и уничтожил все рукописи, оставшиеся после его смерти.
Благодаря проведённым исследованиям учёный доказал, что если разогнанный объект будет двигаться по подъёму, то его скорость уменьшится, а если по спуску — увеличится. Вполне логично, что по ровной поверхности тело будет двигаться с неизменной скоростью.
Многочисленные исследования Галилея показали, что если внешние силы не действуют на тело, то оно все равно будет продолжать движение. Известный учёный установил, что явление инерции присуще абсолютно всем материальным объектам.
Движение по инерции — движение, при котором на тело не воздействуют другие тела.
Мы знаем, что согласно Первому закону Ньютона, каждое тело находится в состоянии покоя, либо прямолинейного равномерного движения, пока равнодействующая всех сил, действующих на него, равна нулю.
Если выразить закон инерции в виде формулы, то он будет выглядеть так:
Все силы в совокупности, которые вместе действуют на тело, принято называть термином «равнодействующая сила». Она равна нулю в двух случаях . Во-первых, в случае состояния покоя. Во-вторых, в связи с равномерным и прямолинейным движением.
Момент инерции оси и тела
Масса по своей сути является мерой инертности тела. Так, например, если толкнуть две тележки различной массы, то остановить будет гораздо сложнее ту тележку, которая имеет больший вес. Из этого следует, что чем больше масса тела, тем сильнее требуется внешнее воздействие для изменения движения тела.
Момент инерции представляет собой физическую величину, отображающую меру инертности тела при вращении вокруг оси. Момент инерции принято обозначать буквой J. В системе СИ данная величина измеряется в килограммах, умноженных на квадратный метр.
В физике существует формула, по которой можно определить момент инерции для любого тела. Тело необходимо разбить на многочисленные малые части (dm). В результате, момент инерции будет представлять собой сумму произведений всех элементарных масс на квадрат расстояния до оси вращения. Формулу можно представить в таком виде:
Примеры
Примеры инерции можно найти в повседневной жизни без каких-либо проблем:
Явление инерции хорошо заметно во время разгона автобуса. Когда поезд начинает двигаться, удаляясь от остановки, пассажиры отклоняются назад. А вот при резком торможении пассажиры отклоняются вперёд, стараясь сохранить свою прежнюю скорость. Вы наверняка замечали, что иногда приходится держаться за сиденье, чтобы уменьшить собственную скорость до значения скорости транспортного средства.
Можно привести и другой пример, демонстрирующий проявление инерции. Когда лошадь вдруг останавливается, то наездник может резко перелететь через голову животного вперёд. То же самое может произойти и с велосипедистом, если он встретится на своём пути с большим препятствием.
Из-за инерции автомобиль не может затормозить мгновенно, особенно во время гололёда. Об этом необходимо всегда помнить! И лучше не проверять срабатывание физического явления на дорогах, ведь это может быть опасно для жизни.
В литературе часто можно встретить упоминания «инертности» героя. С помощью этого слова авторы хотят сказать, что персонаж пассивен и плывет по течению.
Можно найти примеры инерции в быту. Так, например, мы все помним, что кофе продолжает «вертеться» даже после того, как его размешали ложкой. Другой пример – юла кружится благодаря явлению инерции. Самолёт, сделанный из бумаги, летит по инерции.
Таков один из законов физики. Инерция — необходимое явление в нашей жизни. Если бы не было ее, все планеты Солнечной системы сошли бы со своих орбит. Инерция помогает спортсмену забить шайбу в ворота. Однако это явление может привести и к негативным последствиям. Так, если пешеход вдруг появится на дороге, а автомобиль не успеет затормозить, то это неизбежно приведет к аварии. Такое часто случается, если перебегать дорогу перед фурой: из-за большого веса тормозной путь машины увеличивается, и водитель просто не успевает остановить ее, как бы ни старался.
Таковы законы инерции!
Автор: Виктория Комарова