Движением по инерции называют движение. Движение по инерции - закон инерции. Так что же такое инерция

Кинематика дает математическое описание механического движения, не останавливаясь на физических причинах того, почему движение происходит именно таким образом. Динамика изучает механическое движение, вскрывая причины, придающие движению тот или иной характер. Основу динамики составляют законы Ньютона, которые по существу представляют собой обобщение большого числа опытных фактов и наблюдений.

§ 15. Инерция. Первый закон Ньютона

Объяснение причин механического движения в динамике основывается на использовании представлений о взаимодействии тел. Взаимодействие тел - это причина изменения скорости их движения, т. е. ускорения. Ускорение тела в данный момент времени определяется положением и движением окружающих тел.

Системы отсчета в динамике. В кинематике все системы отсчета равноправны и одинаково допустимы. В динамике естественно попытаться выбрать систему отсчета таким образом, чтобы механическое движение в ней выглядело наиболее просто. Следуя историческому опыту человечества, начнем рассуждения в системе отсчета, связанной с Землей.

Начиная с Аристотеля, на протяжении почти двадцати веков существовало предубеждение, что на Земле движение с постоянной скоростью нуждается для своего поддержания во внешнем воздействии, а при отсутствии такого воздействия движение прекращается, тело приходит в состояние покоя. Казалось бы, весь опыт наблюдений за происходящими вокруг нас движениями свидетельствует именно об этом.

Понадобился гений Галилея и Ньютона, чтобы увидеть истинную, совершенно иную картину мира и осознать, что объяснения требует не движение с постоянной скоростью, а изменение скорости. Состояние движения с постоянной скоростью эквивалентно состоянию покоя в том смысле, что, как и покой, оно является естественным, не требующим никакого «объяснения», никакой причины. Иными словами, в состоянии покоя нет ничего исключительного. О том, насколько труден был этот шаг, можно судить хотя бы по тому

факту, что Галилей сделал его лишь наполовину: он считал, что прямолинейное движение сохраняется только в земных масштабах, а для небесных тел «естественным», сохраняющимся движением является круговое.

Движение по инерции. Движение тела, происходящее без внешних воздействий, принято называть движением по инерции. В земных условиях такие движения практически не встречаются. К представлению о движении по инерции можно прийти в результате экстраполяции к идеализированным условиям. Представим себе, например, скольжение льдинки по горизонтальной поверхности. Если эта поверхность шероховатая, как асфальт, запущенная по ней льдинка довольно быстро остановится. Но в гололед, когда поверхность асфальта покрыта тонким слоем льда, скольжение льдинки будет продолжаться гораздо дольше. Можно думать, что в предельном случае идеально гладкой поверхности такое движение продолжалось бы неограниченно долго.

В школьном кабинете физики почти идеальные условия движения по инерции можно осуществить с помощью «воздушной дорожки», где трение о поверхность почти отсутствует (рис. 61).

Рис. 61. Дорожка с воздушной подушкой, обеспечивающей движение с очень малым ускорением

Выходящий из маленьких отверстий сжатый воздух создает «воздушную подушку», поддерживающую тележку-бегунок, и после легкого толчка тележка долго движется с неизменной по модулю скоростью, упруго отражаясь от концов дорожки с помощью пружинных бамперов. Таким образом, создается впечатление, что в отсутствие внешних воздействий тело сохраняет состояние покоя или движения с постоянной скоростью.

Посмотрим теперь, что получится, если опыт с воздушной дорожкой проделать в вагоне движущегося поезда. Оказывается, что при равномерном прямолинейном движении поезда относительно Земли все происходит точно так же, как и в кабинете физики. Однако при разгоне поезда, торможении, движении по закруглению и при тряске на неровностях пути все происходит иначе.

Например, при трогании поезда с места тележка на установленной вдоль вагона дорожке сама приходит в движение относительно вагона в противоположную сторону. Тем не менее для наблюдателя, стоящего на платформе, тележка как была, так и останется на месте, просто дорожка под ней придет в движение вместе с вагоном. При торможении поезда стоявшая неподвижно на воздушной дорожке тележка устремится вперед. Однако для наблюдателя на платформе при торможении поезда тележка продолжает двигаться прямолинейно и равномерно с прежней скоростью. И так далее.

Какой же вывод отсюда следует? Очевидно, что связанная с равномерно и прямолинейно движущимся поездом система отсчета столь же удобна, как и связанная с Землей. Как в той, так и в другой системе отсчета тело в отсутствие внешних взаимодействий либо покоится, либо движется с постоянной скоростью. При ускоренном движении системы отсчета тело уже не сохраняет состояния покоя или равномерного движения. Скорость тела изменяется даже тогда, когда на него не действуют другие тела, т. е. «беспричинно».

Инерциальные системы отсчета. Таким образом, в динамике пропадает равноправие, эквивалентность всех систем отсчета. В произвольной системе отсчета изменение скорости тела может происходить без взаимодействия с другими телами. Системы отсчета, в которых тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, называются инерциальными. В рассмотренных примерах система отсчета, связанная с Землей, и система отсчета, связанная с равномерно и прямолинейно движущимся поездом, могут приближенно считаться инерциальными, в отличие от системы отсчета, связанной с ускоренно движущимся поездом.

Итак, введение инерциальной системы отсчета основано на использовании представления о свободном теле. Но как можно убедиться в том, что тело действительно свободно, т. е. не взаимодействует ни с какими другими телами? Все известные в физике взаимодействия между макроскопическими телами, например такие, как силы тяготения или силы электромагнитного взаимодействия, убывают с увеличением расстояния. Поэтому можно считать, что тело, достаточно удаленное от других тел, практически не испытывает воздействия с их стороны, т. е. является свободным. Реально, как мы видели, условия свободного движения могут выполняться лишь приближенно, с большей или меньшей точностью. Отсюда ясно, что невозможно осуществить такой опыт, который можно было бы считать прямым строгим доказательством существования инерциальных систем отсчета.

Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы отсчета. Какие же системы отсчета можно считать инерциальными? Во многих

практически важных случаях инерциальной можно считать систему отсчета, связанную с Землей, - так называемую геоцентрическую систему отсчета. Но строго инерциальной она не является, о чем свидетельствуют хорошо известные опыты с маятником Фуко и с отклонением свободно падающих тел от вертикали. С гораздо большей степенью точности можно считать инерциальной гелиоцентрическую систему отсчета, связанную с Солнцем и «неподвижными» звездами. Любая система отсчета, которая движется относительно инерциальной с постоянной по модулю и направлению скоростью, тоже является инерциальной. Система отсчета, движущаяся относительно гелиоцентрической с ускорением, в частности вращающаяся, уже не будет инерциальной. Неинерциальность геоцентрической системы отсчета связана главным образом с суточным вращением Земли вокруг своей оси.

Первый закон Ньютона. Сформулированные выше положения и составляют содержание первого закона Ньютона в его современном понимании:

Существуют такие системы отсчета, в которых тело, не взаимодействующее с другими телами, сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Такие системы отсчета называются инерциальными.

Утверждение о существовании инерциальных систем отсчета, составляющее содержание первого закона Ньютона, представляет собой экстраполяцию результатов реальных опытов на идеализированный случай полного отсутствия взаимодействия рассматриваемого тела с другими телами. Отметим, что первый закон Ньютона, постулируя существование инерциальных систем отсчета, тем не менее ничего не говорит о физических причинах, выделяющих инерциальные системы среди всех других систем отсчета.

Свободное тело. При обсуждении инерциальных систем отсчета и первого закона Ньютона было использовано представление о свободном теле. Строго говоря, при этом пренебрегалось размерами тела и фактически имелась в виду свободная материальная точка. Поэтому, применительно к реальным телам, все сказанное выше справедливо для таких движений, характер которых не зависит от размеров и формы тел. Другими словами, мы ограничиваемся только случаями, когда движение тела можно рассматривать как поступательное. Здесь можно не различать скоростей различных точек протяженного тела и говорить о скорости тела как целого. То же самое, справедливо и для ускорений различных точек протяженного тела.

Свободное протяженное тело в инерциальной системе отсчета может находиться в состоянии равномерного вращения по инерции. Например, могут вращаться вокруг своей оси звезды, удаленные от других небесных тел. Вращается и наше Солнце. При

таком вращении не лежащие на оси точки тела движутся с ускорением. Это ускорение обусловлено взаимодействием между различными частями протяженного тела, т. е. внутренними силами. Однако в целом такое протяженное свободное тело в инерциальной системе отсчета может только покоиться или двигаться прямолинейно и равномерно.

В каком смысле состояние покоя и состояние равномерного прямолинейного движения тела эквивалентны?

Какое движение называют движением по инерции? Можно ли практически осуществить такое движение?

Каким образом можно убедиться в том, что данное тело не взаимодействует с другими телами?

Что такое инерциальная система отсчета? Приведите примеры инерциальных систем отсчета.

Чем объясняется ускорение разных точек протяженного тела, совершающего вращение по инерции?

Инерциальные системы и опыт. Введение понятия об инерциальных системах отсчета наталкивается на определенные логические трудности. Суть их можно уяснить из следующих рассуждений.

Что такое инерциальная система отсчета? Это система, относительно которой исследуемое тело движется равномерно и прямолинейно либо покоится, если оно не взаимодействует с другими телами. Но что значит - тело не взаимодействует ни с какими другими телами? Это просто означает, что тело движется прямолинейно и равномерно в инерциальной системе отсчета. Налицо порочный круг. Чтобы вырваться из него, нужно иметь независимую возможность убедиться в отсутствии взаимодействия.

Как уже упоминалось, все известные взаимодействия макроскопических тел убывают с увеличением расстояния между ними. Но в действительности нельзя быть уверенными в отсутствии взаимодействия только потому, что никакие другие тела не соприкасаются или не находятся очень близко к данному телу. Гравитационные или электромагнитные силы могут играть важную роль даже тогда, когда близко от данного тела нет других тел, так как эти силы недостаточно быстро убывают с расстоянием. Поэтому установление факта отсутствия взаимодействия на основе пространственного удаления тел имеет приближенный характер. И хотя на практике всегда можно установить таким способом существование свободных тел и инерциальных систем отсчета с любой требуемой точностью, в принципиальном отношении вопрос остается открытым. В этом смысле не существует «решающего» опыта, который можно было бы рассматривать в

качестве экспериментального доказательства справедливости первого закона Ньютона.

Чтобы на опыте убедиться в том, что выбранная система отсчета инерциальна, нужно иметь свободное тело. Каким образом можно установить, что некоторое тело является свободным, т. е. не взаимодействует с другими телами?

Явление, которому посвящена наша сегодняшняя беседа, встречается в разных жизненных ситуациях. Мы с удовольствием его используем, учитываем и частенько ругаем.

Речь пойдет об инерции. Постараемся разобраться, что скрывается за этим названием.

Что же такое инерция

Наблюдая полёт копья, брошенного рукой атлета, падение всадника через голову споткнувшейся лошади; созерцая камни, веками неподвижно лежащими на одних и тех же местах - греческие мыслители задумывались, что общего в этих явлениях?

Данная им формулировка явления инерции известна как I закон Ньютона.

«Инерция - это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано».

Это означает, что, благодаря инерции, тела, находящиеся в покое, продолжают покоиться, а движущиеся продолжают свое движение, пока на них не окажут воздействие внешние силы.

Например, автомобиль может находиться в покое в двух случаях, если на горизонтальном участке дороги его двигатель выключен, либо его двигатель включен, но силы сопротивления уравновесили силу тяги двигателя, т. е. скомпенсировали её.

Теперь вернемся к нашему всаднику, перелетающему через голову споткнувшейся лошади. Лошадь, споткнувшись, резко теряет скорость, а невезучий всадник… по инерции продолжает движение.

По этой же причине при ДТП водитель, пренебрегающий ремнями безопасности, получает удар о лобовое стекло.

Почему, поскользнувшись при ходьбе, мы падаем назад? Тело по инерции сохраняет прежнюю скорость, а ноги на скользком участке быстренько «убегают» вперед.

Формула силы инерции

Количественной характеристикой явления инерции является сила инерции.

Для расчета этой силы используют формулу:

F ин - сила инерции;
m - масса тела;
a - ускорение.

Знак минус указывает на то, что сила инерции противодействует силе, вызвавшей изменение скорости тела.

Понятие инертности в физике

Итак, инерция - это физическое явление. С ним тесно связано еще одно понятие - инертность. Под инертностью в физике понимают свойства тел противодействовать мгновенному изменению направления или скорости движения.

Любое тело не может мгновенно изменить свою скорость, однако, одни тела это делают быстрее, другие - медленнее. Для остановки гружёного и порожнего самосвалов, движущихся с одинаковой скоростью, требуется разное время.

Это происходит потому, что тело с большей массой более инертно, и ему на изменение скорости требуется больше времени. То есть мерой инертности в физике является масса тела.

Инертные люди, инертные газы

Термин «инертный» широко используется в химии. Он относится к химическим элементам, которые при обычных условиях не вступают в химические реакции. Например, благородные газы аргон, ксенон и др.

Этот термин может быть применен и к поведению человека. Инертные люди отличаются равнодушием к окружающему миру. Они противятся любым переменам, как в их собственной судьбе, так и в работе. Они ленивы и безынициативны.

Инертность вращающихся объектов

Все приведенные ранее примеры относились к поступательно движущимся телам. А как же быть с вращающимися объектами? Скажем, с вентилятором, с маховиком в двигателе внутреннего сгорания или детской игрушке. Ведь после выключения электрического вентилятора его лопасти ещё некоторое время по инерции продолжают крутиться.

Насколько тела инертны во время вращения определяет момент инерции. Он зависит от массы тела, его геометрических размеров и расстояния до оси вращения. Изменение этого расстояния влияет на скорость вращения тела. Это используют спортсмены - фигуристы, поражая зрителей продолжительным вращением с изменением скорости.

Специальные расчёты позволяют определить оптимальные размеры механизма и допустимую скорость вращения, чтобы не допустить разрыва вращающихся частей.

Т.е. момент инерции во вращательном движении играет ту же роль, что и масса при поступательном движении. Но в отличие от массы момент инерции можно изменять, как это делают фигуристы - то широко разводя руки, то прижимают их к груди.

Инерция вокруг нас

Именно это явление используют:

для сбрасывания ртутного столбика в медицинском термометре и выбивания пыли из ковров;
для продолжения движения после разбега на коньках, лыжах, велосипеде;
для экономии горючего при езде на автомобиле;
в принципе работы артиллерийских детонаторов и т. д.

Это лишь небольшая часть из всех применений инерции. Но не следует забывать о возможной опасности, которую таит это явление природы. Надпись на заднем борту грузовика «Водитель, сохраняй дистанцию», напоминает, что транспорт мгновенно остановить нельзя.

И при торможении впереди едущего автомобиля, следующая за ним машина, остановиться мгновенно не может. По этой же причине категорически запрещено перебегать дорогу перед движущимся транспортом.

Теперь вы легко ответите на вопрос, почему при торможении автомобилей обязательно включается задний красный свет, почему при повороте водитель обязательно сбрасывает скорость.

В спортзале и на катке, в цирке и в мастерской - инерция сопровождает нас всюду. Присмотритесь.

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Инерция (от лат. inertia – бездействие) проявляется в том, что тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя, когда действующие на тело силы отсутствуют или взаимно уравновешиваются. Такое движение мы можем называть инерционным .
Галилео Галилей (1564–1642) считал движением по инерции (без воздействия сил) равномерное движение по горизонтали . В своем труде «Беседы о двух новых науках» он писал:
«...скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, – условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время, как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно».
Это уникальное не только по своей значимости, но и смелости человеческого разума открытие Галилея вошло в науку как Закон инерции. До этого, почти две тысячи лет доминировало утверждение Аристотеля (384–322 до н.э.) о том, что «Движушееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие».
Решительно отбросив догмы, Галилей просто и ясно доказал (см. рис. 1) связь между силой и ускорением, а не между силой и наличием движения, как считал Аристотель и его последователи.

Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т.п.). Его можно вывести только на основе размышления об идеализированном эксперименте, базирующемся на непосредственных наблюдениях.
Однако не все разделяют доводы Галилея. К примеру, Рене Декарт (1596–1650) считал инерционным (и многие продолжают считать) равномерное движение по прямой линии (упоминания о горизонтали, как видите, уже нет).
Мы все существуем в силовом поле, которое для небольшого пространства (скажем, лаборатории) можно считать однородным (силы тяжести не зависят от координат и параллельны друг другу). В этом случае прямая и горизонтальная линии могут совпадать, ибо горизонтальный пол лаборатории нам кажется «идеально» плоским, а противоположные стены – «строго» параллельными. Здесь условия для движения по Галилею и Декарту практически аналогичны.
Однако, если стены лаборатории «раздвинуть», скажем, на 100 километров, то они уже не будут параллельны, а её пол станет частью сферы, все точки которой одинаково удалены от центра Земли. Силовое поле уже неоднородно и теперь, чтобы сохранить движение тела прямолинейным, придется оторвать его от сферической поверхности, значит – применить силу.
Чтобы в дальнейшем не путаться с горизонтальным и прямолинейным движениями, будем считать горизонтальной ту поверхность, в любой точке которой радиус силового поля всегда перпендикулярен к ее элементарному участку.
Фактически в силовом (потенциальном) поле горизонтальная поверхность является сферой (или ее частью) с одинаковым потенциалом (гравитационным или электрическим). Такую сферу мы называем эквипотенциальной.
С учетом этих определений Закон инерции следует читать в более общей редакции:
«Всякое тело сохраняет инерционное движение по эквипотенциальной поверхности, если только оно не вынуждено изменять его под влиянием действующих сил».

Словарь антонимов русского языка

Инерция

деятельность

Энциклопедический словарь

Инерция

то же, что инертность.

Гаспаров. Записи и выписки

Инерция

♦ "Портрет портретыч", называл Серов свои рядовые работы. Доклад докладыч, Статья статьинишна.

Тезаурус русской деловой лексики

Фразеологический словарь (Волкова)

Инерция

По инерции (разг. ) - перен. непроизвольно, по привычке, бессознательно.

По инерции он продолжал свою работу, которая потеряла для него смысл .

Словарь Ефремовой

Инерция

ж.
1. :
  1. Свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая-л. внешняя сила не выведет их из такого состояния; инертность.
  2. перен. Продолжающееся влияние чего-л., действовавшего ранее.
2. перен. устар. То же, что: инертность.

Начала Современного Естествознания. Тезаурус

Инерция

(Инертность)

(от лат. inertia - неподвижность, бездеятельность)

1) (в физике) свойство тел, устанавливаемое 1-м законом Ньютона; мерой инерции тела при поступательном движении является инертная масса, а при круговом - момент инерции относительно оси вращения;

2) (в широком смысле) бездеятельность, отсутствие инициативы, активности.

Этимологический Словарь Русского Языка

Инерция

Французское – inertie.

Латинское – inertia (бездействие, вялость).

Существительное, заимствованное русским языком в начале XVIII в. из французского языка, первоначально использовалось только в качестве физического термина, обозначая свойство тела сохранять состояние покоя или движения. Практически сразу оно начинает употребляться и в переносном значении - «отсутствие инициативы, активности».

Родственным являются:

Польское – inercja.

Производные: инерционность, инерционный, инертный.

Словарь Ушакова

Инерция

ине рция , инерции, мн. нет, жен. (лат. inertia - бездействие).

1. Свойство тел сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения, если они не подвержены действию какой-нибудь силы (физ. ). Закон инерции. Отцепленный вагон продолжал двигаться по инерции.

2. перен. Бездеятельность, косность, отсутствие активности (книж. ). Умственная инерции.

По инерции (разг. ) - перен. непроизвольно, по привычке, бессознательно. По инерции он продолжал свою работу, которая потеряла для него смысл.

Словарь Ожегова

ИНЕ РЦИЯ [н э ], и, ж.

1. Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока какаян. внешняя сила не изменит этого состояния. Закон инерции. Двигаться по инерции (также перен.). Делать чтон. по инерции (перен.: по привычке, без сознательных усилий).

2. перен. Бездеятельность, отсутствие инициативы, инертность (устар.).

| прил. инерционный, ая, ое (к 1 знач.) и инерциальный, ая, ое (к 1 знач.).

Философский словарь (Конт-Спонвиль)

Инерция

Инерция

♦ Inertie

Как ни парадоксально звучит, но инерция это прежде всего сила – сила тела сохранять свое положение в движении или покое. Действительно, согласно принципу инерции материальный объект сам по себе сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Он не может сдвинуться с места (если находится в покое) и не может отклониться в сторону или остановиться (если он движется), если на него не воздействует внешняя сила. Таким образом, инерция это не неподвижность (тело, находящееся в равномерном прямолинейном движении, демонстрирует ничуть не меньшую инерцию, чем неподвижное тело) и даже не бездействие (инертное тело может производить некоторое действие, например, если оно свалится мне на ногу). Инерция это неспособность своими силами изменить свое движение или изменить себя. Вот почему применительно к человеку слово «инерция» всегда имеет уничижительный оттенок: отказ от попытки изменить себя всегда ведет к внутреннему упадку.

Мир Лема - словарь и путеводитель

Инерция

свойство тел, определяющее силу, необходимую для создания ускорения; пропорциональна третьей степени линейных размеров, тогда как прочность - второй, поэтому чем больше объект, тем, при прочих равных условиях, меньшие ускорения он может развивать; при этом на саму скорость, в отличие от ситуации движения в вязкой среде, ограничений не накладывается; термин применяется и в переносном смысле:

* "Как прочность материала, так и движущая сила имеют свои пределы, они зависят от инерции массы, которая сохраняется даже вне сферы тяготения небесных тел. Большеходу нельзя делать резких движений - как нельзя мгновенно остановить в море крейсер или вращать стрелой подъемного крана, как пропеллером. Если бы водитель попробовал сделать что-то подобное с Диглатором, у того поломались бы фермы конечностей; чтобы избежать такого несчастного случая, инженеры снабдили все ответвления приводов предохранителями, не допускающими маневров, ведущих к катастрофе". - Фиаско *

* "Я испытал это на себе, воплотившись в двухсоттонного теледубля: ощущение было такое, словно шагаешь под водой, хотя сопротивление оказывала не вода, а масса ног и всего корпуса". - Мир на Земле *

* "Экран представляет собой как бы стены колодца, окружающие зрителя со всех сторон; смотреть фильм рекомендуют стоя, тогда усиливается эффект иллюзии, и когда в картине демонстрируется, например, бреющий полет над ущельями или над городом, это может привести к подлинному головокружению, хотя имеющиеся в нашем внутреннем ухе отолиты никаких влияний ни сил инерции, ни ускорения не испытывают; иллюзия, вызванная чисто визуально, доминирует над другими сигналами чувств". - Тайна китайской комнаты. Фантоматика (ВЯ) *

* Впрочем, наше упорное причисление к computer crime (находящееся, по сути дела, в фазе новорожденного) только групп более или менее преступно действующих хакеров, свидетельствует, прежде всего, об инерции нашего мышления. - Тайна китайской комнаты. Технологическая западня (ВЯ) *

* "ОРТОЭВОЛЮЦИЯ (например, лошади) не является ни результатом наследования приобретенных черт, ни слепых мутаций: есть структуры генотипных посланий, которые подвергаются как бы привилегированию, сходно с тем, как булыжник, пущенный со склона, начинает в результате инерции катиться дальше и дальше". - Тайна китайской комнаты. Эволюция как параллельный компьютер (ВЯ) *

* "Под воздействием архаичных, действующих по инерции в жестких рамках и теряющих актуальность законов, прав, вер мы двигаемся не как одно вымышленное целое, названное человечеством, а скорей как сегменты гусениц". - Мгновение. Будущее темно (ВЯ) *

Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Инерция

(l"inertie, die Trä gheit, the inertia) - свойство материи, состоящее в стремлении каждой точки материального тела сохранять без изменения величину и направление своей скорости. Поэтому какое-либо тело, все точки которого обладают одновременно равными и параллельными скоростями, имеет стремление двигаться поступательно таким образом, чтобы все точки его описывали прямолинейные параллельные траектории с одинаковой и не изменяющейся скоростью. Существование этого свойства в материи мы принимаем как одно из основных начал механики. Открытие начала И. принадлежит Галилею.

Д. Б.

Инерция - самонедеятельность, неспособность тел без содействия внешних сил изменять свое состояние покоя или движения, т. е. величину и направление скорости абсолютного движения. И., как общее свойство всех тел без исключения, проявляется ежеминутно во всех окружающих нас движениях; в одних движениях резче проявляется сохранение величины скорости, в других - ее направления. Неспособность тел самостоятельно изменять величину скорости обнаруживается по возникновении и прекращении движения: необходимо усилие как для остановки движущегося тела, так и для приведения его в движение; быстрая остановка экипажа, лодки, вагона, в котором мы находимся, заставляет нас падать вперед; быстрое возникновение их движения - падать назад. Подобное же явление происходит и со всеми телами и частицами их, со всеми частями организмов и механизмов: внезапная остановка одних частей системы и сохранение движения другими вследствие их И. и, наоборот, внезапное возникновение движения одних частей при сохранении покоя другими, также вследствие И., вызывает относительное перемещение всех частей системы; наглядный пример этому представляет перемешивание частиц сыпучих тел попеременными толчками то в ту, то в другую сторону. Если силы между частицами системы препятствуют свободному движению их, то остановка системы вызовет относительное движение частиц около среднего положения их. Это обнаруживается или нагреванием их (например куска свинца при ударе его о твердую массу, столярных и токарных инструментов при трении), или звуком (например камертона, струны при ударе) и т. п. Конечно, эти явления обусловливаются не одной И. останавливаемых частиц, но и силами между ними, от чего зависит и род производимого явления; но действие этих сил вызывается все-таки первоначальным, относительным перемещением частиц вследствие И. Не обладай частицы И., они все сразу останавливались бы или приходили в движение при ударе. Значительные относительные перемещения частей системы могут вызвать нарушение связей между этими частями, отделение их друг от друга. Пример этому представляют: разлом хрупких тел при ударе; повреждения организма вследствие смещения органов при падении с больших высот или из быстро едущего вагона; расшатывание частей машины при неровном ходе и т. д. Разрушительные и вообще вредные человеку действия И. могут быть ослаблены уменьшением резкости относительных перемещений частиц, т. е. уменьшением относительных скоростей их. Это достигается ослаблением самого толчка, заменой почти моментальной остановки тела постепенной задержкой движения, что производится или возбуждением противоположного движения, или трением и противодействием мягких и упругих препятствий. Например, уменьшение скорости своего движения при сходе с быстро движущегося вагона человека он производит отталкиванием себя от вагона назад, но лицом вперед; остановка хода машин - усилением трения; уменьшение сотрясения экипажа рессорами и т. д. Неспособность тела самостоятельно, т. е. без содействия внешних сил или сопротивлений, изменять направление движения обнаруживается преимущественно на вращательных движениях. Гладкий шарик, двигаемый по окружности на горизонтальной плоскости посредством привязанной к нему нити, по освобождении от нити катится по прямой линии, касательной к окружности в том месте, где он освободился от нити. То же самое происходит и с жидкостью, наполняющей скважины быстро вращающегося тела, например с водой в сыром полотне; она отлетает в сторону от тела. Этим действием И. пользуются для сушки белья, для добывания сахарного сока из свекловичной кашицы, для выделения патоки из сахара и т. д. На этом же действии И. основаны центробежные насосы, веялки, воздуходувные машины и другие центрифуги. И. проявляется и на вращении твердых тел около оси. Вследствие И. материальная частица может двигаться по окружности только в том случае, когда какие-либо связи или силы не допускают ее удаляться от центра, т. е. отклоняют ее движение от касательной к центру. Поэтому движение должно совершаться в плоскости, проходящей через центр и направление первоначального движения, сообщенного частице; отклонить движение из этой плоскости, выйти из нее частица не может сама собой вследствие И. То же происходит и с прочими частицами; и потому параллельные плоскости вращения всех частиц тела, ось, около которой оно вращается, должны сохранять свое первоначальное направление, если нет внешних влияний. Это мы и наблюдаем на волчке, на гироскопе во время быстрого вращения их. По этой же причине сохраняют свое направление оси вращения Земли и других небесных тел. В общем движении системы тел каждое из них по возможности сохраняет свою скорость вследствие И. Поэтому при изменении направления общего движения системы тела, наиболее сохраняющие свою скорость, как будто отклоняются от общего движения. Так, например, тяжелое тело, качающееся на нити в каюте плавно идущего судна, при поворотах судна сохраняет направление своего качания и потому кажется меняющим его относительно прочих тел, его окружающих, в сторону, противоположную повороту судна. Подобным же образом влияет вращение Земли на направление движения на ее поверхности, что мы и наблюдаем на отклонении пассатных ветров от меридионального направления, на напоре рек в сев. полушарии на правый берег и т. д. Вследствие И. тел, т. е. их неспособности изменять свое состояние покоя или движения, всякое изменение этого состояния - будет ли то ускорение, замедление или отклонение движения, может производиться только внешними силами, которые можно представить себе в виде давления двигателя или препятствия на двигаемое тело. Давление одного тела на другое всегда сопровождается обратным давлением второго тела на первое. Поэтому двигаемое тело производит на двигателя равное и противоположное давление, что мы ощущаем непосредственно, двигая рукой тело или останавливая его; в обоих случаях мы ощущаем обратное давление тела на руку. Давление движущегося тела на препятствие движению представляет, в свою очередь, источник силы этого тела: им оно преодолевает сопротивление на протяжении движения, а следовательно, совершает работу. Таким образом, движущееся тело вследствие И. обладает энергией, именно энергией движения. Наоборот, то же давление двигаемого тела на двигателя во время ускорения движения его преодолевается давлением двигателя. Поэтому внешняя сила, двигая даже свободное тело, совершает работу. Вообще, во всех случаях изменения движения обратное давление движущегося тела на двигателя, или сопротивление движению, производит такое же действие, как и активная сила. Поэтому это давление и называют силой и притом силой И., так как оно есть следствие И. тела. Частный случай силы И. представляет центробежная сила, т. е. давление несвободно движущегося тела на вещественный кривой путь (по нормальному к нему направлению), отклоняющий направление движения тела. Сила И. приложена не к самому движущемуся телу, а к двигателю или к препятствию движения. Подобно силе сопротивления, сила И. в известном смысле величина неопределенная; в каждом отдельном случае движения одного и того же тела сила И. равна давлению внешней силы на него; смотря по этой силе, большое тело может развить малую силу И., и наоборот - малое тело большую. Свойство И. - свойство чисто отрицательное, это абсолютная неспособность тел изменять свое движение. Поэтому нельзя говорить, что большее тело обладает большей неспособностью, т. е. большим отсутствием способности, чем малое. Поэтому в сущности неправильно условное выражение, что для изменения движения большего тела нужно преодолеть большую И., чем малого. И. смешивается в этих случаях с массой; именно: для равных изменений движений двух тел силы должны быть пропорциональны массам их, а не И. Общеупотребительное выражение "преодолеть И. " также не совсем правильно; оно может подать повод думать, что тело стремится сохранять свое состояние и сопротивляется этому изменению, что для сообщения движения нужно преодолеть это сопротивление. В действительности же тело относится совершенно пассивно к изменению состояния движения внешней силой; самая ничтожная сила может сообщить движение самому большому телу. Обратное давление силы на тело происходит только от неспособности тела мгновенно воспринимать сообщаемое движение. Двигатель постепенно изменяет движение тела своим давлением на него, а пока существует это давление, существует и обратное давление тела на двигателя.

Из повседневного опыта мы можем подтвердить следующее умозаключение: скорость и направление движения тела могут меняться лишь во время его взаимодействия с другим телом. Это порождает явление инерции, о котором мы и поговорим в этой статье.

Что такое инерция? Пример жизненных наблюдений

Рассмотрим случаи, когда какое-нибудь тело на начальном этапе эксперимента уже пребывает в движении. Позже мы увидим, что уменьшение скорости и остановка тела не могут происходить самовольно, ведь причиной тому является действие на него другого тела.

Вы, наверное, не единожды наблюдали, как пассажиры, которые едут в транспорте, вдруг наклоняются вперед во время торможения или прижимаются на бок на крутом повороте. Почему? Объясним далее. Когда, к примеру, спортсмены пробегают определенную дистанцию, они пытаются развить максимальную скорость. Пробежав финишную черту, уже можно и не бежать, однако нельзя резко остановиться, а поэтому спортсмен пробегает еще несколько метров, то есть совершает движение по инерции.

Из вышеперечисленных примеров можно сделать вывод, что все тела имеют особенность сохранять скорость и направление движения, не будучи в состоянии при этом мгновенно их изменить впоследствии действия иного тела. Можно предположить, что при отсутствии внешнего действия тело сохранит и скорость, и направление движения как угодно долго. Итак, что такое инерция? Это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии воздействия на него других тел.

Открытие инерции

Такое свойство тел открыл итальянский ученый Галилео Галилей. На основе своих экспериментов и рассуждений он утверждал: ежели тело не взаимодействует с иными телами, то оно либо пребывает в состоянии спокойствия, либо движется прямолинейно и равномерно. Его открытия вошли в науку как Закон инерции, однако более детально сформулировал его Рене Декарт, а уж Исаак Ньютон внедрил в свою систему законов.

Интересный факт: инерция, определение которой привел нам Галилей, рассматривалась еще в Древней Греции Аристотелем, но из-за недостаточного развития науки, точной формулировки приведено не было. гласит: существуют такие
системы отсчета, относительно которых тело, которое движется поступательно, сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют иные тела. Формула инерции в едином и обобщенном виде отсутствует, но ниже мы приведем множество иных формул, раскрывающих ее особенности.

Инертность тел

Все мы знаем, что автомобиля, поезда, корабля или других тел увеличивается постепенно, когда они начинают двигаться. Все вы видели запуск ракет по телевизору или взлет самолетов в аэропорту - они увеличивают скорость не рывками, а постепенно. Наблюдения, а также повседневная практика говорят о том, что все тела имеют общую особенность: скорость движения тел в процессе их взаимодействия меняется постепенно, а поэтому для их изменения необходимо некоторое время. Эта особенность тел получила название инертности.

Все тела инертны, но не у всех инертность одинакова. Из двух взаимодействующих тел она будет выше у того, которое обретет меньшее ускорение. Так, к примеру, при выстреле ружье приобретает меньшее ускорение, чем патрон. При взаимном отталкивании взрослого конькобежца и ребенка взрослый получает меньшее ускорение, чем ребенок. Это свидетельствует о том, что инертность взрослого человека больше.

Для характеристики инертности тел ввели особенную величину - массу тела, ее принято обозначать буквой m . Дабы иметь возможность сравнивать массы различных тел, массу кого-нибудь из них необходимо учесть за единицу. Ее выбор может быть произвольным, однако она должна быть удобной для практического употребления. В системе СИ за единицу взяли массу специального эталона, изготовленного из твердого сплава платины и иридия. Она носит всем нам известное название - килограмм. Следует отметить, что инерция твердого тела бывает 2-х видов: поступательная и вращательная. В первом случае мерой инерции является масса, во втором - момент инерции, о котором мы поговорим позже.

Момент инерции

Так называют скалярную физическую величину. В системе СИ единицей измерения момента инерции является кг*м 2 . Обобщенная формула следующая:

Здесь m i - это масса точек тела, r i - это расстояние от точек тела до оси z в пространственной системе координат. В словесной интерпретации можно сказать так: момент инерции определяется суммой произведений элементарных масс, умноженных на квадрат расстояния до базового множества.

Есть и другая формула, характеризующая определение момента инерции:

Здесь dm - масса элемента, r - расстояние от элемента dm до оси z . Словесно можно сформулировать так: момент инерции системы материальных точек или тела относительно полюса (точки) - это алгебраическая сумма произведения масс материальных точек, составляющих тело, на квадрат расстояния их до полюса 0.

Стоит упомянуть, что существует 2 вида моментов инерции - осевые и центробежные. Есть также такое понятие, как главные моменты инерции (ГМИ) (относительно главных осей). Как правило, они всегда различны между собой. Ныне можно рассчитать моменты инерции для многих тел (цилиндра, диска, шара, конуса, сферы и проч.), однако не будем углубляться в уточнение всех формул.

Системы отсчета

В 1-ом законе Ньютона шла речь о равномерном прямолинейном движении, которое можно рассматривать только в определенной системе отсчета. Даже приближенный анализ механических явлений показывает, что закон инерции выполняется далеко не во всех системах отсчета.

Рассмотрим простой эксперимент: положим мяч на горизонтальный столик в вагоне и понаблюдаем за его движением. Если поезд будет находиться в состоянии спокойствия относительно Земли, то и мяч сохранит спокойствие до тех пор, пока мы не подействуем на него иным телом (например, рукой). Следовательно, в системе отсчета, что связана с Землей, закон инерции выполняется.

Представим, что поезд будет ехать относительно Земли равномерно и прямолинейно. Тогда в системе отсчета, что связана с поездом, мяч сохранит состояние спокойствия, а в той, что связана с Землей, - состояние равномерного и прямолинейного движения. Следовательно, закон инерции выполняется не только в системе отсчета, связанной с Землей, но и во всех других, движущихся относительно Земли равномерно и прямолинейно.

Теперь представим, что поезд быстро набирает скорость либо круто поворачивает (во всех случаях он движется с ускорением относительно Земли). Тогда, как и раньше, мяч сохраняет равномерное и которое он имел до начала ускорения поезда. Однако относительно поезда мяч сам по себе выходит из состояния спокойствия, хотя и нет тел, которые бы выводили его из него. Это значит, что в системе отсчета, связанной с ускорением движения поезда относительно Земли, закон инерции нарушается.

Итак, системы отсчета, в которых выполняется закон инерции, получили название инерциальных. А те, в которых не выполняется, - неинерциальных. Определить их просто: если тело движется равномерно и прямолинейно (в отдельных случаях - это спокойствие), то система инерциальная; если движение неравномерное - неинерциальная.

Сила инерции

Это довольно многозначное понятие, а поэтому попытаемся как можно более детально его рассмотреть. Приведем пример. Вы спокойно стоите в автобусе. Внезапно он начинает двигаться, а значит, набирает ускорение. Вы мимо воли отклонитесь назад. Но почему? Кто вас потянул? С точки зрения наблюдателя на Земле вы остаетесь на месте, при этом выполняется 1-ый закон Ньютона. С точки зрения наблюдателя в самом автобусе, вы начинаете двигаться назад, будто под какой-либо силой. На самом деле ваши ноги, которые связаны силами трения с полом автобуса, поехали вперед вместе с ним, а вам,
теряя равновесие, пришлось падать назад. Таким образом, для описания движения тела в неинерциальной системе отсчета необходимо вводить и учитывать дополнительные силы, что действуют со стороны связей тела с такой системой. Эти силы и есть силы инерции.

Необходимо учесть, что они фиктивны, ибо нет ни единого тела либо поля, под действием которого вы начали двигаться в автобусе. Законы Ньютона на силы инерции не распространяются, однако их использование наряду с "настоящими" силами позволяет описывать движение у произвольных неинерциальных систем отсчета при помощи различных инструментов. В этом состоит весь смысл ввода сил инерции.

Итак, теперь вы знаете, что такое инерция, момент инерции и инерциальные системы, силы инерции. Двигаемся далее.

Поступательное движение систем

Пусть на некое тело, находящееся в неинерциальной системе отсчета, движущееся с ускорением а 0 относительно инерциальной, действует сила F. Для такой неинерциальной системы уравнение-аналог второго закона Ньютона имеет вид:

Где а 0 - это ускорение тела с массой m , что вызвано действием силы F относительно неинерциальной системы отсчета; F ін - сила инерции. Сила F в правой части является «настоящей» в том понимании, что это результирующая взаимодействия тел, зависящая только от разности координат и скоростей взаимодействующих материальных точек, которые не меняются при переходе от одной системы отсчета к другой, движущейся поступательно. Поэтому не меняется и сила F. Она инвариантна относительно такого перехода. А вот F ін возникает не по причине а из-за ускоренного движения системы отсчета, из-за чего она меняется при переходе к другой ускоренной системе, поэтому не является инвариантной.

Центробежная сила инерции

Рассмотрим поведение тел в неинерциальной системе отсчета. XOY вращается относительно инерциальной системы, коей будем считать Землю, с постоянной угловой скоростью ω. Примером может послужить система на рисунке ниже.

Выше изображен диск, где закреплен радиально направленный стержень, а также надет синий шарик, "привязанный" к оси диска эластичной веревкой. Пока диск не вращается, веревка не деформируется. Однако при раскручивании диска шарик понемногу растягивает веревку до тех пор, пока сила упругости F ср не станет такой, что равна произведению массы шарика m на ее нормальное ускорение a п = -ω 2 R, то есть F ср = -mω 2 R , где R - это радиус круга, который описывает шарик при вращении вокруг системы.

Ежели угловая скорость ω диска останется постоянной, то и шарик прекратит движение относительно оси OX. В этом случае относительно системы отсчета XOY, которая связана с диском, шарик будет находиться в состоянии спокойствия. Это объяснится тем, что в этой системе, помимо силы F ср, на шарик действует сила инерции F cf , которая направлена вдоль радиуса от оси вращения диска. Сила, имеющая вид, как в формуле, представленной ниже, называется инерции. Возникать она может только во вращающихся системах отсчета.

Сила Кориолиса

Оказывается, когда тела двигаются относительно вращающихся систем отсчета, на них, помимо центробежной силы инерции, действует еще одна сила - Кориолиса. Она всегда перпендикулярна к вектору скорости тела V, а это означает, что она не выполняет никакой работы над этим телом. Подчеркнем, что сила Кориолиса проявляет себя лишь тогда, когда тело движется относительно неинерциальной системы отсчета, которая осуществляет вращение. Ее формула выглядит следующим образом:

Поскольку выражение (v*ω) является векторным произведением приведенных в скобках векторов, то можно прийти к выводу, что направление силы Кориолиса определяется правилом буравчика по отношению к ним. Ее модуль равен:

Здесь Ө - это угол между векторами v и ω .

В заключение

Инерция - это удивительное явление, которое ежедневно преследует каждого человека сотни раз, пусть мы и сами не замечаем этого. Думаем, что статья дала вам важные ответы на вопросы о том, что такое инерция, что такое сила и моменты инерции, кто открыл явление инерции. Уверены, вам было интересно.