Движението по инерция се нарича движение. Движение по инерция - законът на инерцията. И така, какво е инерция?

Кинематиката дава математическо описание на механичното движение, без да се спира на физическите причини, поради които движението се случва по този конкретен начин. Динамиката изучава механичното движение, разкривайки причините, които придават на движението определен характер. Основата на динамиката са законите на Нютон, които по същество представляват обобщение на голям брой експериментални факти и наблюдения.

§ 15. Инерция. Първият закон на Нютон

Обяснението на причините за механичното движение в динамиката се основава на използването на идеи за взаимодействието на телата. Взаимодействието на телата е причината за промяната на скоростта на тяхното движение, т.е. ускорението. Ускорението на тялото в даден момент от времето се определя от положението и движението на околните тела.

Отправни системи в динамика.В кинематиката всички отправни системи имат равни права и са еднакво валидни. В динамиката е естествено да се опитате да изберете отправна система по такъв начин, че механичното движение в нея да изглежда възможно най-просто. Следвайки историческия опит на човечеството, нека започнем нашите разсъждения в референтната рамка, свързана със Земята.

Започвайки от Аристотел, в продължение на почти двадесет века съществува предразсъдъкът, че на Земята движението с постоянна скорост изисква външно влияние, за да я поддържа, а при липса на такова движението спира и тялото идва в състояние на покой. Изглежда, че целият опит от наблюдението на движенията около нас показва точно това.

Беше необходим геният на Галилей и Нютон, за да видят истинската, напълно различна картина на света и да осъзнаят, че не движението с постоянна скорост изисква обяснение, а промяната в скоростта. Състоянието на движение с постоянна скорост е еквивалентно на състоянието на покой в ​​смисъл, че подобно на покоя е естествено, не изисква „обяснение“, никаква причина. С други думи, няма нищо изключително в състоянието на покой. Колко трудна е била тази стъпка може да се съди поне по

фактът, че Галилей го прави само наполовина: той вярваше, че праволинейното движение се запазва само в земен мащаб, а за небесните тела „естественото“, запазено движение е кръгово.

Движение по инерция.Движението на тялото, което се случва без външни влияния, обикновено се нарича движение по инерция. В земни условия такива движения практически никога не се случват. До идеята за движение по инерция може да се стигне в резултат на екстраполация към идеализирани условия. Нека си представим, например, парче лед, което се плъзга по хоризонтална повърхност. Ако тази повърхност е грапава, като асфалт, парче лед, хвърлен върху нея, ще спре доста бързо. Но при ледени условия, когато асфалтовата повърхност е покрита с тънък слой лед, плъзгането на леда ще продължи много по-дълго. Човек може да си помисли, че в граничния случай на идеално гладка повърхност такова движение ще продължи безкрайно дълго.

В училищна класна стая по физика могат да се постигнат почти идеални условия за инерционно движение с помощта на „въздушна писта“, където почти няма триене на повърхността (фиг. 61).

Ориз. 61. Писта с въздушна възглавница, осигуряваща движение с много ниско ускорение

Сгъстеният въздух, излизащ от малките отвори, създава „въздушна възглавница“, която поддържа движещата се количка и след леко натискане количката се движи дълго време с постоянна скорост, отразявайки се еластично от краищата на пистата с помощта на пружинни брони. По този начин изглежда, че при липса на външни влияния тялото поддържа състояние на покой или движение с постоянна скорост.

Сега да видим какво се случва, ако експериментът с въздушна писта се проведе във вагона на движещ се влак. Оказва се, че при равномерно праволинейно движение на влака спрямо Земята всичко се случва точно както в кабинета по физика. Но когато влакът ускорява, спира, движи се по завои и се клати по неравни коловози, всичко се случва по различен начин.

Например, когато влакът започне да се движи, количката на пистата, монтирана по протежение на самата кола, започва да се движи спрямо колата в обратна посока. Независимо от това, за наблюдател, стоящ на платформата, количката ще остане на мястото си, както е била, просто пистата под нея ще започне да се движи заедно с колата. Когато влакът спира, количката, стояща неподвижно на въздушната релса, ще се втурне напред. Въпреки това, за наблюдател на платформата, когато влакът спира, количката продължава да се движи право и равномерно със същата скорост. И така нататък.

Какъв извод следва от това? Очевидно е, че референтната система, свързана с равномерно и праволинейно движещ се влак, е също толкова удобна, колкото тази, свързана със Земята. И в едната, и в другата референтна система тялото, при липса на външни взаимодействия, е или в покой, или се движи с постоянна скорост. При ускорено движение на отправната система тялото вече не поддържа състояние на покой или равномерно движение. Скоростта на тялото се променя дори когато други тела не действат върху него, тоест „без причина“.

Инерциални референтни системи.Така в динамиката равенството и еквивалентността на всички отправни системи изчезва. В произволна референтна система промяна в скоростта на тялото може да настъпи без взаимодействие с други тела. Отправните системи, в които тяло, което не взаимодейства с други тела, поддържа състояние на покой или равномерно линейно движение, се наричат ​​инерционни. В разглежданите примери референтната система, свързана със Земята, и референтната система, свързана с равномерно и праволинейно движещ се влак, могат приблизително да се считат за инерционни, за разлика от референтната система, свързана с ускорено движещ се влак.

И така, въвеждането на инерционна референтна система се основава на използването на концепцията за свободно тяло. Но как можете да сте сигурни, че тялото е наистина свободно, т.е. не взаимодейства с никакви други тела? Всички познати във физиката взаимодействия между макроскопични тела, като гравитационни сили или сили на електромагнитно взаимодействие, намаляват с увеличаване на разстоянието. Следователно можем да приемем, че тяло, достатъчно отдалечено от други тела, практически не изпитва влияние от тях, т.е. е свободно. В действителност, както видяхме, условията за свободно движение могат да бъдат изпълнени само приблизително, с повече или по-малко точност. Оттук става ясно, че е невъзможно да се проведе такъв експеримент, който да се счита за пряко, строго доказателство за съществуването на инерционни референтни системи.

Геоцентрични и хелиоцентрични референтни системи.Кои отправни системи могат да се считат за инерционни? В много

В практически важни случаи референтната система, свързана със Земята, може да се счита за инерционна - така наречената геоцентрична референтна система. Но тя не е строго инерционна, както се вижда от известните опити с махалото на Фуко и с отклонението на свободно падащи тела от вертикалата. С много по-голяма степен на точност хелиоцентричната референтна рамка, свързана със Слънцето и „неподвижните“ звезди, може да се счита за инерционна. Всяка отправна система, която се движи спрямо инерциална с постоянна скорост по големина и посока, също е инерционна. Референтна система, движеща се спрямо хелиоцентричната с ускорение, по-специално въртяща се, вече няма да бъде инерционна. Неинерционността на геоцентричната референтна система се свързва главно с ежедневното въртене на Земята около нейната ос.

Първият закон на Нютон.Формулираните по-горе разпоредби съставляват съдържанието на първия закон на Нютон в съвременното му разбиране:

Има референтни системи, в които тяло, което не взаимодейства с други тела, поддържа състояние на покой или равномерно линейно движение. Такива референтни системи се наричат ​​инерциални.

Твърдението за съществуването на инерциални отправни системи, което съставлява съдържанието на първия закон на Нютон, е екстраполация на резултатите от реални експерименти към идеализирания случай на пълна липса на взаимодействие на въпросното тяло с други тела. Нека отбележим, че първият закон на Нютон, въпреки че постулира съществуването на инерционни референтни системи, все пак не казва нищо за физическите причини, които отличават инерционните системи от всички други референтни системи.

Свободно тяло.При обсъждането на инерционните референтни системи и първия закон на Нютон се използва понятието свободно тяло. Строго погледнато, размерите на тялото бяха пренебрегнати и всъщност се имаше предвид свободна материална точка. Следователно по отношение на реалните тела всичко казано по-горе е вярно за такива движения, чийто характер не зависи от размера и формата на телата. С други думи, ние се ограничаваме само до случаите, когато движението на тялото може да се счита за постъпателно. Тук не можем да правим разлика между скоростите на различни точки на едно разтегнато тяло и да говорим за скоростта на тялото като цяло. Същото важи и за ускоренията на различни точки на удължено тяло.

Свободно удължено тяло в инерциална отправна система може да бъде в състояние на равномерно въртене по инерция. Например звездите, които са отдалечени от други небесни тела, могат да се въртят около оста си. Нашето Слънце също се върти. При

При такова въртене точките на тялото, които не лежат на оста, се движат с ускорение. Това ускорение се дължи на взаимодействието между различни части на удължено тяло, т.е. вътрешни сили. Въпреки това, като цяло, такова разширено свободно тяло в инерционна референтна система може да бъде само в покой или да се движи праволинейно и равномерно.

В какъв смисъл състоянието на покой и състоянието на равномерно праволинейно движение на тялото са еквивалентни?

Какъв вид движение се нарича движение по инерция? Възможно ли е на практика да се извърши такова движение?

Как можете да сте сигурни, че дадено тяло не взаимодейства с други тела?

Какво е инерционна референтна система? Дайте примери за инерциални отправни системи.

Какво обяснява ускорението на различни точки на удължено тяло, въртящо се по инерция?

Инерционни системи и опит.Въвеждането на понятието инерциални референтни системи среща определени логически трудности. Тяхната същност може да бъде разбрана от следните разсъждения.

Какво е инерционна референтна система? Това е система, спрямо която изследваното тяло се движи равномерно и праволинейно или е в покой, ако не взаимодейства с други тела. Но какво означава - тялото не взаимодейства с никакви други тела? Това просто означава, че тялото се движи по права линия и равномерно в инерционна отправна система. Получава се омагьосан кръг. За да излезете от него, трябва да имате независимата способност да проверите дали няма взаимодействие.

Както вече споменахме, всички известни взаимодействия на макроскопичните тела намаляват с увеличаване на разстоянието между тях. Но в действителност човек не може да бъде сигурен, че няма взаимодействие само защото други тела не се докосват или не са много близо до дадено тяло. Гравитационните или електромагнитните сили могат да играят важна роля дори когато няма други тела близо до дадено тяло, тъй като тези сили не намаляват достатъчно бързо с разстоянието. Следователно установяването на факта на липсата на взаимодействие въз основа на пространственото разстояние на телата е приблизително. И въпреки че на практика винаги е възможно да се установи по този начин съществуването на свободни тела и инерциални референтни системи с необходимата точност, по принцип въпросът остава открит. В този смисъл няма „решаващ“ опит, който може да се вземе предвид

като експериментално доказателство за валидността на първия закон на Нютон.

За да проверите експериментално, че избраната референтна система е инерциална, трябва да имате свободно тяло. Как може да се установи, че определено тяло е свободно, тоест не взаимодейства с други тела?

Феноменът, на който е посветен днешният ни разговор, възниква в различни житейски ситуации. Използваме го с удоволствие, вземаме го под внимание и често го критикуваме.

Говорим за инерция. Нека се опитаме да разберем какво се крие зад това име.

Какво е инерция?

Гледане на полета на копие, хвърлено от ръката на атлет, падането на ездач над главата на спъващ се кон; съзерцавайки камъни, лежащи неподвижно на едни и същи места в продължение на векове - гръцките мислители се чудеха какво общо имат тези явления?

Неговата формулировка на феномена на инерцията е известна като Първият закон на Нютон.

„Инерцията е физическо явление за поддържане на скоростта на едно тяло постоянна, ако други тела не действат върху него или тяхното действие е компенсирано.“

Това означава, че благодарение на инерцията телата в покой продължават да почиват, а движещите се тела продължават движението си, докато не бъдат повлияни от външни сили.

Например, автомобилът може да бъде в покой в ​​два случая: ако на хоризонтален участък от пътя двигателят му е изключен или двигателят е включен, но съпротивителните сили са балансирали теглителната сила на двигателя, т.е. компенсиран за това.

Сега да се върнем към нашия ездач, летящ над главата на препънат кон. Конят, спъвайки се, рязко губи скорост, а нещастният ездач ... продължава да се движи по инерция.

По същата причина по време на катастрофа шофьор, който пренебрегва предпазните колани, получава удар в предното стъкло.

Защо падаме назад, когато се подхлъзваме по време на ходене?Тялото по инерция поддържа същата скорост, а краката бързо „бягат“ напред по хлъзгава зона.

Формула за инерционна сила

Количествена характеристика на явлението инерция е силата на инерцията.

За да изчислите тази сила, използвайте формулата:

• F в - инерционна сила;
• m - телесно тегло;
• а е ускорение.

Знакът минус показва, че инерционната сила се противопоставя на силата, която е причинила промяната в скоростта на тялото.

Концепцията за инерция във физиката

И така, инерцията е физическо явление. Друго понятие е тясно свързано с него – инерцията. Във физиката инерцията означава свойства на телата да противодействат на мигновени промени в посоката или скоростта на движение.

Всяко тяло не може незабавно да промени скоростта си, но някои тела го правят по-бързо, други по-бавно. Отнема различно време, за да спрете натоварени и празни самосвали, движещи се с еднаква скорост.

Това се случва, защото тяло с по-голяма маса е по-инертно и отнема повече време за промяна на скоростта. Това е Мярката за инерция във физиката е масата на тялото.

Инертни хора, инертни газове

Терминът "инертен" се използва широко в химията. Отнася се за химични елементи, които при нормални условия не влизат в химични реакции. Например благородните газове аргон, ксенон и др.

Този термин може да се приложи и към човешкото поведение. Инертните хора се характеризират с безразличие към света около тях. Те се противопоставят на всякакви промени, както в собствената си съдба, така и в работата си. Те са мързеливи и безинициативни.

Инерция на въртящи се обекти

Всички примери, дадени по-рано, се отнасят до транслационно движещи се тела. Но какво ще кажете за въртящите се обекти? Да речем, с вентилатор, с маховик в двигател с вътрешно горене или детска играчка. В крайна сметка, след изключване на електрическия вентилатор, неговите остриета продължават да се въртят известно време по инерция.

Определя колко инертни са телата по време на въртене момент на инерция.Зависи от масата на тялото, неговите геометрични размери и разстоянието до оста на въртене. Промяната на това разстояние влияе върху скоростта на въртене на тялото. Това се използва от фигуристи, впечатляващи зрителите с продължително въртене с промени в скоростта.

Специални изчисления позволяват да се определят оптималните размери на механизма и допустимата скорост на въртене, за да се предотврати разкъсване на въртящите се части.

Тези. Инерционният момент при въртеливото движение играе същата роля като масата при постъпателното движение. Но за разлика от масата, моментът на инерция може да бъде променен, както правят фигуристите - или да разперят широко ръцете си, или да ги притиснат към гърдите си.

Инерцията е около нас

Това явление се използва:

• за изпускане на живачен стълб в медицински термометър и избиване на прах от килими;
• да продължи движението след бягане на кънки, ски или велосипед;
• за пестене на гориво при шофиране на автомобил;
• принципа на действие на артилерийските детонатори и др.

Това е само малка част от всички приложения на инерцията. Но не трябва да забравяме за възможната опасност, която крие този природен феномен. Надписът отзад на камиона „Шофьор, спазвай дистанция“напомня, че транспортът не може да бъде спрян моментално.

И когато колата пред вас спира, колата след нея не може да спре моментално. По същата причина е строго забранено пресичането на пътя пред движещи се превозни средства.

Сега можете лесно да отговорите на въпроса защо задната червена светлина винаги свети, когато колата спира и защо водачът винаги намалява скоростта, когато завива.

Във фитнес залата и на пързалката, в цирка и в работилницата - инерцията ни придружава навсякъде. Погледни отблизо.

Ако това съобщение е било полезно за вас, ще се радвам да ви видя

Инерцията (от латински inertia - бездействие) се проявява в това, че тялото остава непроменено в своето състояние на движение или покой, когато силите, действащи върху тялото, отсъстват или взаимно се уравновесяват. Можем да наречем такова движение инерционен.
Галилео Галилей (1564–1642) разглежда движението по инерция (без влиянието на силите) равномерно хоризонтално движение. В своя труд „Разговори за две нови науки” той пише:
„...скоростта, веднъж придадена на движещо се тяло, ще бъде стриктно запазена, тъй като външните причини за ускорение или забавяне са елиминирани, състояние, което се намира само в хоризонтална равнина, тъй като в случай на движение по наклонена равнина надолу вече има причина за ускорение, докато при движение нагоре по наклонена равнина има забавяне; от това следва, че движението в хоризонтална равнина е вечно.
Това откритие на Галилей, уникално не само по своята значимост, но и по смелостта на човешкия ум, влезе в науката като Закона за инерцията. Преди това, в продължение на почти две хиляди години, твърдението на Аристотел (384–322 г. пр. н. е.) е доминирало, че „Тяло в движение спира, когато силата, която го тласка, престане да действа.“
Решително отхвърляйки догмата, Галилей просто и ясно доказва (виж фиг. 1) връзката между сила и ускорение, а не между сила и наличие на движение, както смятат Аристотел и неговите последователи.

Тази преценка не може да бъде извлечена директно от експеримента, тъй като е невъзможно да се изключат всички външни влияния (триене и др.). Тя може да бъде изведена само чрез мислене за идеализиран експеримент, базиран на преки наблюдения.
Не всички обаче споделят аргументите на Галилей. Например Рене Декарт (1596–1650) счита за инерционен (и мнозина продължават да вярват) равномерно движение по права линия(както виждате, вече не се споменава хоризонтала).
Ние всички съществуваме в силово поле, което за малко пространство (да речем лаборатория) може да се счита за хомогенно (силите на гравитацията не зависят от координатите и са успоредни една на друга). В такъв случай правИ хоризонталналиниите могат да съвпадат, тъй като хоризонталният под на лабораторията ни се струва „перфектно“ равен, а противоположните стени изглеждат „строго“ успоредни. Тук условията за движение според Галилей и Декарт са почти сходни.
Ако обаче стените на лабораторията се „раздалечат“, да речем, на 100 километра, тогава те вече няма да са успоредни и подът й ще стане част от сфера, всички точки на която са еднакво отдалечени от центъра на Земята. Силовото поле вече не е еднородно и сега, за да може тялото да се движи праволинейно, ще е необходимо то да се откъсне от сферичната повърхност, което означава прилагане на сила.
За да не се бъркаме в бъдеще с хоризонтални и праволинейни движения, ще считаме за хоризонтална тази повърхност, във всяка точка на която радиусът на силовото поле винаги е перпендикулярен на елементарното му сечение.
Всъщност в силово (потенциално) поле хоризонталната повърхност е сфера (или част от нея) със същия потенциал (гравитационен или електрически). Ние наричаме такава сфера еквипотенциална.
Като се имат предвид тези определения, Законът за инерцията трябва да се чете в по-обща версия:
"Всяко тяло запазва инерционно движение по еквипотенциална повърхност, освен ако не е принудено да го промени под въздействието на действащи сили."

Речник на антонимите на руския език

Инерция

дейност

енциклопедичен речник

Инерция

същото като инерцията.

Гаспаров. Записи и извлечения

Инерция

♦ „Портрет на портрет“, нарича Серов обикновените си творби. Доклад доклад, Статия статия.

Тезаурус на руската бизнес лексика

Фразеологичен речник (Волкова)

Инерция

По инерция (разграждане) - прев.неволно, по навик, несъзнателно.

По инерция той продължи работата си, която загуби смисъла си за него.

Речник на Ефремова

Инерция

1. и.
   1. :
      1. Свойството на телата да поддържат състояние на покой или движение, докато някои. външната сила няма да ги изведе от това състояние; инерция.
      2. прев. Продължаващото влияние на нещо, което е било в сила преди това.
   2. прев. остарял Същото като: инерция.

Началото на съвременното естествознание. Тезаурус

Инерция

(инерция)

(от лат.инерция - неподвижност, бездействие)

1) (във физиката) свойство на телата, установено от 1-ви закон на Нютон; мярката за инерция на тялото при постъпателно движение е инерционната маса, а при кръгово движение - инерционният момент спрямо оста на въртене;

2) (в широк смисъл) бездействие, липса на инициатива, активност.

Етимологичен речник на руския език

Инерция

френски – инерция.

Латинско - инерция (бездействие, летаргия).

Съществително, заето на руски език в началото на 18 век. от френски, първоначално се използва само като физически термин, обозначаващ свойството на тялото да поддържа състояние на покой или движение. Почти веднага започва да се използва в преносен смисъл - „липса на инициатива, активност“.

Свързани са:

полски – inercja.

Производни: инерция, инерционен, инертен.

Речник на Ушаков

Инерция

ино радио, инерция, мн.Не, съпруги (лат.инерция - бездействие).

1. Свойството на телата да поддържат първоначалното си състояние на покой или равномерно движение, ако не са обект на действието на сила ( физически). Закон за инерцията. Разкачената карета продължи да се движи по инерция.

2. прев.Бездействие, инертност, липса на активност ( книги). Психическа инерция.

По инерция ( разграждане) - прев.неволно, по навик, несъзнателно. По инерция той продължи работата си, която загуби смисъла си за него.

Речник на Ожегов

IN д RCIA [н ъъъ], И, и.

1. Свойството на телата да поддържат състояние на покой или равномерно праволинейно движение, докато съществува. външната сила няма да промени това състояние. Закон за инерцията. Движете се по инерция (също преведен). Направи нещо. по инерция (в превод: по навик, без съзнателно усилие).

2. прев.Бездействие, безинициативност, инертност (отживелица).

| прил. инерционен,о, о (до 1 стойност) И инерционен,о, о (до 1 стойност).

Философски речник (Comte-Sponville)

Инерция

Инерция

♦Инертност

Колкото и парадоксално да звучи, инерцията е преди всичко сила - способността на тялото да поддържа позицията си в движение или в покой. Всъщност, според принципа на инерцията, материалният обект сам поддържа състояние на покой или равномерно линейно движение. Той не може да се движи (ако е в покой) и не може да се отклони настрани или да спре (ако се движи), освен ако върху него не действа външна сила. По този начин инерцията не е неподвижност (тяло в равномерно линейно движение проявява не по-малка инерция от неподвижно тяло) или дори бездействие (инертно тяло може да произведе някакво действие, например, ако падне върху крака ми). Инерцията е неспособността да промените движението си или да промените себе си сами. Ето защо, когато се прилага към човек, думата „инерция“ винаги има пейоративна конотация: отказът да се опитате да промените себе си винаги води до вътрешен упадък.

Светът на Лем - речник и справочник

Инерция

свойство на телата, което определя силата, необходима за създаване на ускорение; е пропорционална на третата степен на линейните размери, докато силата е пропорционална на втората, следователно колкото по-голям е обектът, толкова по-ниски ускорения може да развие, при равни други условия; в същото време, за разлика от ситуацията на движение във вискозна среда, не се налагат ограничения върху самата скорост; терминът се използва и в преносен смисъл:

* "Както здравината на материала, така и движещата сила имат своите граници; те зависят от инерцията на масата, която се запазва дори извън сферата на гравитацията на небесните тела. Големият кораб не може да прави внезапни движения - точно както вие не можете моментално спрете крайцер в морето или завъртете стрелата на кран като витло „Ако водачът се опита да направи нещо подобно с Diglator, крайниците му ще се счупят; за да избегнат подобен инцидент, инженерите оборудват всички задвижващи клонове с предпазители, които предотвратяване на маневри, водещи до бедствие." - Фиаско*

* „Изпитах това сам, въплътен в двестатонен телевизионен двойник: усещането беше сякаш вървиш под вода, въпреки че съпротивлението не беше водата, а масата на краката и цялото тяло.“ - Мир на Земята *

* „Екранът е като стените на кладенец, обграждащи зрителя от всички страни; препоръчва се филмът да се гледа изправен, тогава ефектът на илюзията се засилва, а когато филмът показва например ниско хоризонтален полет над клисури или над град, това може да доведе до истинско замайване, въпреки че отолитите, присъстващи във вътрешното ни ухо, не се влияят от никакви сили на инерция или ускорение; илюзията, причинена чисто визуално, доминира над други сензорни сигнали. - Мистерията на китайската стая. Фантоматика (VYA) *

* Упоритото ни включване само на групи от повече или по-малко криминално проявени хакери в компютърната престъпност (която всъщност е в новородена фаза) обаче свидетелства преди всичко за инертността на нашето мислене. - Мистерията на китайската стая. Технологичен капан (TTU) *

* „ОРТЕВОЛЮЦИЯТА (например конете) не е нито резултат от наследяване на придобити черти, нито слепи мутации: има структури от генотипни послания, които са, така да се каже, привилегировани, подобно на това как калдъръм, хвърлен надолу по склона, започва да се търкаля все по-напред в резултат на инерцията“. - Мистерията на китайската стая. Еволюция като паралелен компютър (PC) *

* „Под влиянието на архаични закони, права и вярвания, които действат по инерция в твърда рамка и губят своето значение, ние се движим не като едно фиктивно цяло, наречено човечество, а по-скоро като сегменти от гъсеници.“ - Миг. Бъдещето е тъмно (VYa) *

Енциклопедия на Брокхаус и Ефрон

Инерция

(l "inertie, die Trä gheit, инерцията) - свойство на материята, състоящо се в желанието на всяка точка от материално тяло да поддържа големината и посоката на скоростта си, без да се променя. Следователно всяко тяло, всички точки на което има едновременно равни и успоредни скорости, има тенденция да се движи прогресивно по такъв начин, че всички негови точки описват праволинейни успоредни траектории с еднаква и непроменена скорост.Ние приемаме съществуването на това свойство в материята като един от основните принципи на механиката. откриването на принципа на I. принадлежи на Галилей.

Д.Б.

Инерцията е самобездействие, неспособността на телата без помощта на външни сили да променят състоянието си на покой или движение, тоест величината и посоката на скоростта на абсолютното движение. I., като общо свойство на всички тела без изключение, се проявява всяка минута във всички движения около нас; в някои движения запазването на големината на скоростта се проявява по-ясно, в други - нейната посока. Неспособността на телата самостоятелно да променят големината на скоростта се разкрива от появата и спирането на движението: необходимо е усилие както за спиране на движещо се тяло, така и за задвижване; бързото спиране на каретата, лодката, каретата, в която сме, ни кара да падаме напред; бързото възникване на тяхното движение е да паднат назад. Подобно явление се случва с всички тела и техните частици, с всички части на организми и механизми: внезапно спиране на едни части от системата и запазване на движението от други в резултат на тяхното И. и, обратно, внезапно възникване на движението на някои части при поддържане на покой от други, също поради I. , причинява относително движение на всички части на системата; Ярък пример за това е смесването на частици от гранулирани тела с редуващи се тласъци в една или друга посока. Ако силите между частиците на системата възпрепятстват свободното им движение, тогава спирането на системата ще предизвика относително движение на частиците около тяхната средна позиция. Това се открива или чрез нагряването им (например парче олово при удар в твърда маса, дърводелски и стругарски инструменти при триене), или чрез звук (например камертон, струна при удар) и др. Разбира се, тези явления не са причинени от една I. спряла частица, но също и от силите между тях, от които зависи вида на произведения феномен; но действието на тези сили все още се причинява от първоначалното, относително движение на частиците поради удара.Ако частицата не е имала удара, всички те незабавно биха спрели или започнали да се движат при удара. Значителни относителни движения на части от системата могат да причинят прекъсване на връзките между тези части, като ги отделят една от друга. Пример за това са: счупването на крехки тела при удар; увреждане на тялото поради изместване на органи при падане от голяма височина или от бързо движеща се карета; разхлабване на машинни части по време на неравномерно движение и др. Разрушителните и като цяло вредни действия на хората могат да бъдат отслабени чрез намаляване на остротата на относителните движения на частиците, т.е. чрез намаляване на техните относителни скорости. Това се постига чрез отслабване на самия тласък, замествайки почти мигновеното спиране на тялото с постепенно забавяне на движението, което се получава или чрез възбуждане на противоположното движение, или чрез триене и противодействие на меки и еластични препятствия. Например, когато човек слиза от бързо движеща се карета, той намалява скоростта на движение, като се отблъсква назад от каретата, но с лице напред; спиране на движението на машините - повишено триене; намаляване на разклащането на екипажа чрез пружини и др. Неспособността на тялото самостоятелно, т.е. без помощта на външни сили или съпротивление, да промени посоката на движение, се открива главно при ротационни движения. Гладка топка, движена в кръг върху хоризонтална равнина с помощта на завързана за нея нишка, когато се освободи от нишката, се търкаля по права линия, допирателна към окръжността на мястото, където е била освободена от нишката. Същото се случва с течността, която запълва кладенците на бързо въртящо се тяло, например с вода във влажно платно; отлита от тялото. Това действие се използва за сушене на дрехи, за извличане на захарен сок от цвеклова каша, за отделяне на меласа от захар и т.н. Центробежни помпи, машини за отсяване, вентилатори и други центрофуги се основават на същото действие. И. се проявява и при въртенето на твърди тела около ос. В резултат на I. материалната частица може да се движи в кръг само в случай, че някои връзки или сили не й позволяват да се отдалечи от центъра, т.е. отклоняват движението й от допирателната към центъра. Следователно движението трябва да се извършва в равнина, минаваща през центъра и посоката на първоначалното движение, придадено на частицата; частицата не може да отклони движението от тази равнина и да я напусне сама поради I. Същото се случва и с други частици; и следователно, успоредно на равнината на въртене на всички частици на тялото, оста, около която се върти, трябва да запази първоначалната си посока, ако няма външни влияния. Това наблюдаваме отгоре, на жироскопа по време на бързото им въртене. По същата причина оста на въртене на Земята и другите небесни тела запазва посоката си. При общото движение на система от тела всяко от тях, ако е възможно, запазва скоростта си поради I. Следователно, когато посоката на общото движение на системата от тела се промени, тези, които най-много запазват скоростта си, изглежда се отклоняват от общото движение. Така, например, тежко тяло, което се люлее на конец в кабината на плавно плаващ кораб, когато корабът се завърти, запазва посоката на люлеенето си и следователно изглежда, че я променя спрямо други тела около него, в посока, обратна на завой на кораба. По подобен начин въртенето на Земята влияе върху посоката на движение по нейната повърхност, което наблюдаваме при отклонението на пасатите от меридионалната посока, при напора на реките на север. полукълба към десния бряг и т.н. Поради движението на телата, т.е. тяхната неспособност да променят състоянието си на покой или движение, всяка промяна в това състояние - независимо дали е ускорение, забавяне или отклонение на движението, може да бъде произведена само от външни сили, които могат да бъдат представете си го под формата на налягане на двигателя или препятствие върху движещо се тяло. Натискът на едно тяло върху друго винаги е придружен от обратния натиск на второто тяло върху първото. Следователно тялото, което се движи, произвежда еднакъв и противоположен натиск върху двигателя, който усещаме директно, когато движим тялото с ръка или го спираме; и в двата случая усещаме обратния натиск на тялото върху ръката. Натискът на движещо се тяло върху препятствие за движение представлява от своя страна източникът на силата на това тяло: то преодолява съпротивлението по време на движение и следователно извършва работа. По този начин, поради движението, движещото се тяло има енергия, а именно енергията на движение. Напротив, същото налягане на движещото се тяло върху двигателя по време на неговото ускорение се преодолява от налягането на двигателя. Следователно външна сила, движеща дори свободно тяло, върши работа. Като цяло, във всички случаи на промяна в движението, обратното налягане на движещо се тяло върху двигателя или съпротивлението на движението произвежда същия ефект като активната сила. Следователно това налягане се нарича сила и освен това, със сила И.,тъй като е следствие от I. тяло. Специален случай на сила е центробежната сила, т.е. натискът на несвободно движещо се тяло върху реална крива (в посоката, нормална към нея), отклоняваща посоката на движение на тялото. Силата I. се прилага не към самото движещо се тяло, а към двигателя или към препятствие за движение. Подобно на силата на съпротивлението, силата на съпротивление е в известен смисъл несигурна величина; във всеки отделен случай на движение на едно и също тяло силата на I. е равна на натиска на външната сила върху него; в зависимост от тази сила едно голямо тяло може да развие малка I. сила, и обратното - едно малко тяло може да развие голяма. Свойството на I. е чисто отрицателно свойство, това е абсолютната неспособност на телата да променят своето движение. Следователно не може да се каже, че по-голямото тяло има по-голяма неспособност, тоест по-голяма липса на способност, отколкото малкото. Следователно по същество условният израз, че за промяна на движението на по-голямо тяло трябва да преодолее по-голямо I. от малко, е неправилно. I. се смесва в тези случаи с масата; а именно: за еднакви промени в движенията на две тела, силите трябва да са пропорционални на техните маси, а не на Аз. Често употребяваният израз „преодолявам И.” също не е съвсем правилен; може да даде основание да се смята, че тялото се стремиподдържайте състоянието си и се съпротивлява на тази промяна, че за да се съобщи движението, това съпротивление трябва да бъде преодоляно. В действителност тялото е напълно пасивно към промените в състоянието на движение от външна сила; Най-незначителната сила може да придаде движение на най-голямото тяло. Обратният натиск на силата върху тялото възниква само от неспособността на тялото незабавно да възприеме съобщеното движение. Двигателят постепенно променя движението на тялото чрез натиска си върху него и докато съществува това налягане, има и обратно налягане на тялото върху двигателя.

От ежедневния опит можем да потвърдим следното заключение: скоростта и посоката на движение на едно тяло може да се промени само при взаимодействието му с друго тяло. Това поражда феномена на инерцията, за който ще говорим в тази статия.

Какво е инерция? Пример за житейски наблюдения

Нека разгледаме случаите, когато някое тяло вече е в движение в началния етап на експеримента. По-нататък ще видим, че намаляване на скоростта и спиране на едно тяло не може да стане произволно, защото причината за това е действието на друго тяло върху него.

Вероятно сте виждали повече от веднъж как пътници, возещи се в превозно средство, внезапно се навеждат напред, докато спират или се притискат настрани по време на остър завой. Защо? Нека обясним допълнително. Когато например атлети бягат на определено разстояние, те се опитват да достигнат максимална скорост. След като пресечете финалната линия, вече не е нужно да бягате, но не можете да спрете рязко и така спортистът бяга още няколко метра, тоест той се движи по инерция.

От горните примери можем да заключим, че всички тела имат особеността да поддържат скоростта и посоката на движение, без да могат моментално да ги променят след действието на друго тяло. Може да се приеме, че при липса на външно въздействие тялото ще поддържа както скоростта, така и посоката на движение толкова дълго, колкото желаете. И така, какво е инерция? Това е феноменът на запазване на скоростта на движение на тялото при липса на влияние върху него от други тела.

Откриване на инерцията

Това свойство на телата е открито от италианския учен Галилео Галилей. Въз основа на своите експерименти и разсъждения той твърди: ако едно тяло не взаимодейства с други тела, то или остава в състояние на покой, или се движи праволинейно и равномерно. Неговите открития навлизат в науката като Закон за инерцията, но Рене Декарт го формулира по-подробно, а Исак Нютон го въвежда в своята система от закони.

Интересен факт: инерцията, чието определение ни даде Галилей, беше разгледана в Древна Гърция от Аристотел, но поради недостатъчното развитие на науката не беше дадена точната формулировка. казва: има такива
референтни системи, спрямо които тялото, което се движи постъпателно, поддържа скоростта си постоянна, освен ако други тела не му действат. Няма формула за инерцията в единична и обобщена форма, но по-долу ще дадем много други формули, които разкриват нейните характеристики.

Инерция на телата

Всички знаем, че кола, влак, кораб или други тела се увеличават постепенно, когато започнат да се движат. Всички сте виждали изстрелване на ракети по телевизията или излитане на самолети на летището - те увеличават скоростта не с шутове, а постепенно. Наблюденията, както и ежедневната практика показват, че всички тела имат обща черта: скоростта на движение на телата в процеса на тяхното взаимодействие се променя постепенно и следователно отнема известно време, за да се променят. Тази характеристика на телата се нарича инертност.

Всички тела са инертни, но не всички имат еднаква инерция. От двете взаимодействащи тела, то ще бъде по-високо за това, което придобива по-малко ускорение. Така например, когато се изстреля, пистолетът придобива по-малко ускорение от патрона. Когато възрастен скейтър и дете се бутат един друг, възрастният получава по-малко ускорение от детето. Това показва, че инертността на възрастния е по-голяма.

За да се характеризира инерцията на телата, беше въведено специално количество - телесна маса, която обикновено се обозначава с буквата м. За да можем да сравняваме масите на различни тела, масата на едно от тях трябва да се вземе предвид като единица. Изборът му може да бъде произволен, но трябва да е удобен за практическо използване. В системата SI масата на специален стандарт, изработен от твърда сплав от платина и иридий, беше взета като единица. Има име, което всички знаем - килограм. Трябва да се отбележи, че инерцията на твърдо тяло е от два вида: транслационна и ротационна. В първия случай мярката за инерция е масата, във втория - инерционният момент, за който ще говорим по-късно.

Момент на инерция

Това е, което се нарича скаларно физическо количество. Единицата SI за инерционен момент е kg*m 2. Общата формула е следната:

Тук m i- това е масата на точките на тялото, r аз- това е разстоянието от точките на тялото до оста zв пространствена координатна система. В устна интерпретация можем да кажем следното: инерционният момент се определя от сумата от продуктите на елементарните маси, умножени по квадрата на разстоянието до базовия набор.

Има друга формула, характеризираща определянето на инерционния момент:

Тук dm- маса на елемента, r- разстояние от елемента dm до оста z. Може да се формулира устно по следния начин: инерционният момент на система от материални точки или тяло спрямо полюс (точка) е алгебричната сума на произведението на масите на материалните точки, които съставят тялото, с квадрата от тяхното разстояние до полюса 0.

Заслужава да се отбележи, че има 2 вида инерционни моменти - аксиални и центробежни. Има и такова нещо като главни инерционни моменти (PMI) (спрямо главните оси). По правило те винаги се различават един от друг. В днешно време е възможно да се изчислят инерционните моменти за много тела (цилиндър, диск, топка, конус, сфера и т.н.), но няма да се задълбочаваме в спецификацията на всички формули.

Референтни системи

Първият закон на Нютон се занимаваше с равномерно линейно движение, което може да се разглежда само в определена референтна система. Дори приблизителният анализ на механичните явления показва, че законът за инерцията не е изпълнен във всички отправни системи.

Нека разгледаме един прост експеримент: поставете топка върху хоризонтална маса в карета и наблюдавайте нейното движение. Ако влакът е в състояние на покой спрямо Земята, тогава топката ще остане спокойна, докато не действаме върху нея с друго тяло (например ръка). Следователно в референтната система, която е свързана със Земята, законът за инерцията е изпълнен.

Нека си представим, че влакът ще се движи равномерно и праволинейно спрямо Земята. Тогава в отправната система, която е свързана с влака, топката ще поддържа състояние на покой, а в тази, която е свързана със Земята, ще остане в състояние на равномерно и праволинейно движение. Следователно законът за инерцията се изпълнява не само в референтната система, свързана със Земята, но и във всички останали, които се движат равномерно и праволинейно спрямо Земята.

Сега си представете, че влакът бързо набира скорост или рязко завива (във всички случаи се движи с ускорение спрямо Земята). Тогава, както и преди, топката остава еднаква и каквато е имала преди влакът да започне да се ускорява. Спрямо влака обаче топката сама излиза от състоянието на спокойствие, въпреки че няма тела, които да я извадят от него. Това означава, че в отправната система, свързана с ускорението на влака спрямо Земята, законът на инерцията е нарушен.

И така, референтни системи, в които е изпълнен законът на инерцията, се наричат ​​инерционни. А тези, в които не е изпълнено, са неинерционни. Те са лесни за определяне: ако тялото се движи равномерно и праволинейно (в някои случаи това означава покой), тогава системата е инерционна; ако движението е неравномерно, то е неинерционно.

Инерционна сила

Това е доста двусмислена концепция и затова ще се опитаме да я разгледаме възможно най-подробно. Да дадем пример. Стоиш спокойно в автобуса. Изведнъж той започва да се движи, което означава, че получава ускорение. Ще се облегнеш назад против волята си. Но защо? Кой те дръпна? От гледна точка на наблюдател на Земята, вие оставате на мястото си, докато 1-вият закон на Нютон е изпълнен. От гледна точка на наблюдател в самия автобус започвате да се движите назад, сякаш под някаква сила. Всъщност краката ви, които са свързани чрез сили на триене с пода на автобуса, се придвижиха напред заедно с него и вие,
губейки равновесие, трябваше да падна назад. По този начин, за да се опише движението на тялото в неинерционна референтна система, е необходимо да се въведат и вземат предвид допълнителни сили, които действат от връзките на тялото с такава система. Тези сили са силите на инерцията.

Необходимо е да се има предвид, че те са фиктивни, тъй като няма нито едно тяло или поле, под влиянието на които сте започнали да се движите в автобуса. Законите на Нютон не се прилагат за инерционните сили, но използването им заедно с „реалните“ сили позволява да се опише движението на произволни неинерциални отправни системи с помощта на различни инструменти. Това е целият смисъл на въвеждането на инерционните сили.

И така, сега знаете какво е инерция, момент на инерция и инерционни системи, инерционни сили. Да продължим.

Транслационно движение на системи

Нека определено тяло, разположено в неинерционна референтна система, се движи с ускорение а 0спрямо инерционната действа силата F. За такава неинерциална система аналоговото уравнение на втория закон на Нютон има формата:

Където а 0е ускорението на тяло с маса м, което се причинява от действието на сила F спрямо неинерциална отправна система; F в - инерционна сила. Силата F от дясната страна е „реална“ в смисъл, че това е резултатното взаимодействие на телата, зависещо само от разликата в координатите и скоростите на взаимодействащите материални точки, които не се променят при преместване от една референтна система в друга, движещи се транслационно. Следователно не се променя и силата F. Тя е инвариантна спрямо такъв преход. Но F ін възниква не по причина, а поради ускореното движение на референтната система, поради което се променя при преминаване към друга ускорена система и следователно не е инвариантна.

Центробежна сила на инерция

Нека разгледаме поведението на телата в неинерциална референтна система. XOY се върти спрямо инерционната рамка, която ще разгледаме Земята, с постоянна ъглова скорост ω. Пример за това е системата на фигурата по-долу.

Отгоре има диск с прикрепен радиално насочен прът и синя топка, „завързана“ към оста на диска с еластично въже. Докато дискът не се върти, въжето не се деформира. Когато обаче дискът се развие, топката постепенно разтяга въжето, докато еластичната сила F av стане такава, че да е равна на произведението на масата на топката мдо нормалното си ускорение a p = -ω 2 R,това е F av = -mω 2 R , където R е радиусът на окръжността, която топката описва при въртене около системата.

Ако ъгловата скорост ω диск остава постоянен, тогава топката ще спре да се движи спрямо оста OX. В този случай, по отношение на референтната система XOY, която е свързана с диска, топката ще бъде в състояние на спокойствие. Това може да се обясни с факта, че в тази система освен сила F ср.,върху топката действа инерционна сила F вж, който е насочен по радиуса от оста на въртене на диска. Сила, която изглежда като формулата по-долу, се нарича инерция. Може да възникне само във въртящи се референтни системи.

Кориолисова сила

Оказва се, че когато телата се движат спрямо въртящи се отправни системи, освен центробежната сила на инерцията върху тях действа и друга сила - Кориолисова. Тя винаги е перпендикулярна на вектора на скоростта на тялото V,което означава, че не извършва никаква работа върху това тяло. Подчертаваме, че силата на Кориолис се проявява само когато тялото се движи спрямо неинерциална отправна система, която се върти. Формулата му е следната:

Тъй като изразът (v*ω)е векторното произведение на векторите, дадени в скоби, тогава можем да стигнем до заключението, че посоката на силата на Кориолис се определя от правилото на гимлет по отношение на тях. Неговият модул е ​​равен на:

Тук Ө е ъгълът между векторите vИ ω .

Накрая

Инерцията е невероятно явление, което преследва всеки човек стотици пъти всеки ден, дори и ние самите да не го забелязваме. Смятаме, че статията ви даде важни отговори на въпросите какво е инерция, какво е сила и инерционни моменти, кой е открил явлението инерция. Сигурни сме, че ви е било интересно.