Что такое инерция
Содержание статьи:
О понятии инерции простыми словами
Из практики инерция хорошо известна всем нам. Велосипед катится по инерции, стоит придать ему скорость, автомобиль продолжает движение на холостых оборотах – до остановки пройдёт некоторое время. Тяжёлый поезд может проехать много километров без применения силы тяги, если ранее он уже набрал скорость. Всё это является примерами инерции на практике.
Откуда появляется инерция? Зависит от ли она от веса? Что происходит, если все силы, действующие на тело, находятся в равновесии? Об этом разберёмся в этой статье. Об инерции попробуем рассказать только простыми словами, чтобы не умудрять читателей сложными формулами и вычислениями.
Спросите у себя
- Что это значит: «тело в покое»?
- Что такое движение?
- Что такое инерция?
- Что произойдет с монетой, если мы резко вытащим бумагу из-под нее? Чем это вызвано?
- Почему суп проливается из тарелки, когда вы несёте ее слишком быстро?
Инертность
Инерция является свойством массовых тел (тел с массой), которые остаются в состоянии покоя перед внешним физическим действием, т. е. если на тело не действуют внешние силы. В механике мы можем описать инерцию как способность тела не изменять направление или скорость движения относительно эталонной системы. Если действующие силы находятся в равновесии (т.е. скомпенсированы), тело остается в исходном состоянии. Величина инерции напрямую зависит от веса тела.
Из практики мы знаем, что сила должна быть применена к инвалидной коляске для её перемещения. Для удара на мяч для гольфа необходимо воспользоваться клюшкой, а для велосипедиста его управляющий должен начать крутить педали, тем самым придавая педалями силу. Пока силы на тело скомпенсированы, оно остаётся в покое. Таким образом: каждое тело остается в относительном состоянии, когда оно не перемещается силой другого тела.
Инвалидное кресло двигается дальше, если уже находится в движении, даже когда вы перестаёте его толкать, мяч для гольфа летит дальше, хотя он не соприкасается с клюшкой, велосипед едет, даже когда велосипедист перестаёт крутить педали. В общем, можно сделать еще один вывод: если иные тела не воздействуют силой на тело, оно остается в равномерном прямолинейном движении.
Зависимость инерции от веса
Всё-таки мы знаем, что инвалидная коляска останавливается, и велосипедист (если он не крутит педали) также будет постепенно останавливаться, что вызвано силой сопротивления воздуха и силой трения. Силовой эффект не только изменяет скорость, но и ее направление.
Теперь можно сформулировать 1-й закон Исаака Ньютона, что рассказывает о важном понятии физики – инерции. Вот почему его часто называют также законом инерции: если на тело не воздействуют силы или их воздействие уравновешено, то такое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Другими словами: если тело ничто не заставляет двигаться, оно движется без ускорения.
Тело остается спокойным или движется равномерно прямо, если внешняя сила не заставляет это направление меняться. Мы должны учитывать случаи инерции, особенно когда мы быстро двигаемся или двигаем очень массивные тела.
Инерция тел на практике
- В автобусе мы сохраняем равновесие, но отклоняемся в противоположном направлении при старте движения.
- Инерция тел в движении – внезапное торможение тел, резкое изменение направления скорости.
Если автобус резко останавливается, мы отклоняемся в направлении его движения. Точно так же (если мы не держимся или сидим), мы отклоняемся, если автобус входит в «резкий» поворот.
Последствия закона инерции
- Если мы несём тарелку с супом, мы должны нести её осторожно, а не быстро бежать с ней.
- Когда автомобиль тормозит – неподвижные пассажиры отклоняются вперёд.
Нужно обратить внимание на применение закона инерции для тяжёлых тел:
- Скоростной поезд должен начинать тормозить далеко заранее до станции.
- Большие грузовые суда – танкеры – останавливают ход при заходе в гавань, в движении им помогают буксиры.
Момент инерции
При вращающемся движении твердого тела вокруг неподвижной оси, точки тела окружности центрируются по оси вращения. Движение угловой скорости w одинаково для всех точек тела, величины отдельных точек прямо пропорциональны их расстоянию от оси вращения. Вычисляется кинетическая энергия обруча радиуса r, вращающегося вокруг центра
Так же, так как нам нужно больше энергии для перемещения более массивного тела, нам нужно больше энергии, чтобы поместить тело с большим моментом инерции во вращательное движение. Если у нас есть два колеса одинакового веса, они имеют одинаковую инерцию, если они выполняют только скользящее движение. Однако они не имеют одинакового момента инерции, так как они зависят от распределения веса колеса.
