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.
Раздел очень прост в использовании. В предложенное поле достаточно ввести нужное слово, и мы вам выдадим список его значений. Хочется отметить, что наш сайт предоставляет данные из разных источников – энциклопедического, толкового, словообразовательного словарей. Также здесь можно познакомиться с примерами употребления введенного вами слова.
Значение слова инерция
инерция в словаре кроссвордиста
Словарь медицинских терминов
Толковый словарь живого великорусского языка, Даль Владимир
инерция
ж. лат. физич. покой, недеятельность тел, без внешнего побуждения; косность. Основа косности тел, тяготлнье.
Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков
инерция
инерции, мн. нет, ж. (латин. inertia - бездействие).
Свойство тел сохранять первоначальное состояние покоя или равномерного движения, если они не подвержены действию какой-н. силы (физ.). Закон инерции. Отцепленный вагон продолжал двигаться по инерции.
перен. Бездеятельность, косность, отсутствие активности (книжн.). Умственная инерции. По инерции (разг.) - перен. непроизвольно, по привычке, бессознательно. По инерции он продолжал свою работу, к-рая потеряла для него смысл.
Толковый словарь русского языка. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова.
инерция
[мэ], -и, ж.
Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока кака-я-н. внешняя сила не изменит этого состояния. Закон инерции. Двигаться по инерции (также перен.). Делать что-н. по инерции (перен.: по привычке, без сознательных усилий).
перен. Бездеятельность, отсутствие инициативы, инертность (устар.).
прил. инерционный, -ая, -ое (к 1 знач.) и инерциальный, -ая, -ое (к 1 знач.).
Новый толково-словообразовательный словарь русского языка, Т. Ф. Ефремова.
инерция
Свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая-л. внешняя сила не выведет их из такого состояния; инертность.
перен. Продолжающееся влияние чего-л., действовавшего ранее.
Энциклопедический словарь, 1998 г.
Инерция
(от лат. inertia ≈ бездействие), инертность (в механике), свойство материальных тел, находящее отражение в 1-м и 2-м законах механики. Когда внешние воздействия на тело (силы) отсутствуют или взаимно уравновешиваются, И. проявляется в том, что тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя по отношению к так называемой инерциальной системе отсчёта. Если же на тело действует неуравновешенная система сил, то свойство И. сказывается в том, что изменение состояния покоя или движения тела, т. е. изменение скоростей его точек, происходит постепенно, а не мгновенно; при этом движение изменяется тем медленнее, чем больше И. тела. Мерой И. тела является его масса.
Термин «И.» применяют ещё по отношению к различным приборам, понимая под И. прибора его свойство показывать регистрируемую величину с некоторым запаздыванием.
С. М. Тарг.
Википедия
Инерция
Ине́рция (от - бездеятельность, косность , синоним: инертность ) - свойство тел оставаться в некоторых системах отсчёта в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствии или при взаимной компенсации внешних воздействий.
Инерция (значения)
Ине́рция - используется как в качестве термина в различных науках, так и в переносном смысле. Обычно означает способность некоторого объекта не менять своё состояние в отсутствие внешних воздействий, а также сохранять устойчивость по отношению к воздействиям.
Примеры употребления слова инерция в литературе.
Нам предстоит разрешить одну из основных проблем баллистики, этой науки из наук, трактующей о движении снарядов, то есть тел, которые, получив известный толчок, устремляются в пространство и далее летят уже в силу инерции .
Почти Безголовый Ник встал как вкопанный, и Гарри по инерции прошел сквозь него.
Несколько мгновений Богушевич глядел на урядника, не понимая, что тот говорит, а рука, словно по инерции , дописывала то, что не успела дописать до его прихода.
Джон-Том направил прямоугольный нос идущего по инерции болотохода к низкому горбу из тростников и губчатого мха.
И снова у меня чувство, будто пру против потока, преодолеваю инерцию мира, как давеча, когда внушал Стрижу об опасности бромида бора.
Когда же ветер стихает, они по инерции продолжают движение, но уже с разной скоростью, в зависимости от массы.
Скорее по инерции , чем из деловых соображений, Жданов поинтересовался, как скоро Васнецов рассчитывает вернуться.
Однако все это - ложь и притворство одних, инерция многолетнего вдалбливания в сознание представления об Отце, Вожде, Великом, Корифее, Учителе, Единственном, Справедливом - других.
Чудесным избавлением, прокладывающим себе дорогу в пространствующий мир высших сфер, сжимающихся и мерно расширяющихся в такт ритмической сущности того нелегкого, но таинственного пространства в просветах пещер которого, занавешивающих себя сталактитами и сталагмитами, покоящихся, вечно-сущих, самососредоточенных, оснований самой музыки, развертывание которого образует легкие всякого легкого дыхания, прокалывамые лишь только склеванными ребрами музыкальных оснований композиторского скелета, обновляющегося меловой известью так и не извевшихся до музыкальных оснований вод бассейна, возникающего в подражание священному одиночеству мысли призрака, отведывающего горьковатую настойку совести в целях риторического прокашливания с привкусом времени и рябиновых ягод, которые гроздьями поглощаются в том неистовом невыносимом упорстве, уносящемся от себя самого, упускающего себя самого через певчую прорезь сознания, упрямства мышления, желающего возбудить вкус в отпавших от бытия вещах в качестве такого их внутреннего с
Никогда еще виртуальность не становилась так витально важна для нас, чтобы мы, преодолев инерцию своего мышления, решились на такой геометрически сложный шаг: признать виртуальность полноправной реальностью.
Английские агенты по инерции продолжали вплоть до середины 70-х годов тщательно следить за передвижениями Карла Эдуарда, который обнаружил большое искусство в переодевании, гримировке, ношении фальшивых усов и бороды и т.
В таком трансформированном виде воспроизвелась внутри мира неоантропов биологическая инерция предшествовавшей дивергенции неоантропов с палеоантропами.
Эскаргот резко захлопнул дверь, чтобы не свалиться, продолжая движение по инерции , а потом снова открыл, на сей раз осторожно, высунулся наружу и увидел, что, если распахнуть дверь настежь, он сможет дошагнуть до уцелевших - хотя бы отчасти - досок лестничной площадки и, схватившись за перила, добраться до лестницы.
День - ноль, два - ноль, три - ноль, неделя - полный завал, и только тогда все поняли, догадались, кожей почувствовали, вспомнили как бы, что еще три дня назад, целых три дня, а то и четыре вся заводка, какая была, кончилась и ничего, кроме вялости и инерции , давно уже нет.
Нет, безнаказанность стольких уже сошедших эпизодов, а главное - инерция работы, не давшая мне много лет нигде завязть, захряснуть, затиниться, - эта самая инерция мешала мне тотчас же кинуть всю работу, методически собраться и утром катить в Москву.
Тела не могут самостоятельно приходить в движение или изменять его направление, для этого необходимо воздействие внешней силы. Такое противодействие изменениям называется инерцией, которая просто означает, что тела, находящиеся в покое, остаются в покое, а движущиеся - в движении, пока на них не окажут воздействие внешние силы.
Например, после выключения электрического вентилятора колесо с лопастями продолжает какое-то время быстро вращаться и лишь потом замедляет свой ход и останавливается. Если бы не было трения в подшипниках и аэродинамического сопротивления, колесо вращалось бы неограниченное время и после выключения вентилятора. Однако после того как колесо остановится, оно уже не сможет снова начать самостоятельно вращаться. Для того чтобы вентилятор начал работать, необходима внешняя сила,
в данном случае электродвигатель. Стремление всех тел сохранять состояние движения или покоя объясняет, почему пассажиры, стоящие в проходе поезда, начинают падать назад или вперед в те моменты, когда поезд трогается или останавливается (рисунки сверху и снизу).
С тех пор как греческий философ Аристотель более 2000 лет назад ввел понятие инерции, многие великие мыслители ломали себе голову над ее смыслом. В 1635 году итальянский физик Галилео Галилей выполнил серию экспериментов с шарами, скатывающимися по наклонной плоскости, что позволило ученому впервые сформулировать понятие инерции в современном ее понимании. Основываясь на работах Галилея, Исаак Ньютон обобщил свои наблюдения в области инерции в первый из трех законов механики, носящих его имя.
Покоящиеся тела
Как показано на рисунке над текстом, пассажиры были застигнуты врасплох, когда поезд начал движение, и они начинают падать назад. Диаграмма справа показывает, что силу, препятствующую падению пассажиров, передает ручной ремень, в то время как сила тяжести держит их на месте. Пассажиры реагируют на ускорение так, как будто невидимая сила тянет их назад.
Движущиеся тела
Когда движущийся поезд замедляет свой ход, его тормоза создают силу, направленную противоположно направлению движения {голубая стрелка). Так как на пассажиров, стоящих внутри поезда, тормозящая сила не действует, они продолжают движение и начинают падать вперед. Сила, передаваемая через ручной ремень, и сила тяжести останавливают падение пассажиров. Резкое торможение поезда создает у пассажиров ощущение, что какая-то сила толкает их вперед.
Эксперимент Галилея
Наблюдая за шарами, перекатывающимися по наклонным плоскостям, Галилей правильно сформулировал понятие инерции. При отсутствии трения, замедляющего движение тел, шарик, скатывающийся по наклонной плоскости, продолжал бы качение вверх по другой наклонной плоскости {верхний рисунок) до тех пор, пока его кинетическая энергия (энергия движения) не была бы полностью израсходована на преодоление силы тяжести. В среднем примере шарик перемещается вдоль второй наклонной плоскости дальше, чем в верхнем, так как вторая наклонная плоскость не столь крута. Галилей сделал вывод, что если бы угол наклона второй наклонной плоскости стал бы еще меньше, шарик прокатился бы еще дальше, прежде чем уступить силе тяжести. А если бы вторая плоскость была бы горизонтальной, как в нижнем примере, сила тяжести не влияла бы на движение и шарик катился бы вечно.
Инерция
(l"inertie, die Trägheit, 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. 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. П. Фан дер Флит.
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .
Синонимы :Антонимы :
Смотреть что такое "Инерция" в других словарях:
- (лат. inertia, от iners безыскусственный). Общее физическое свойство тел: неспособность самопроизвольно изменять свое положение как при покое, так и при движении. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910.… … Словарь иностранных слов русского языка
См. Масса. Философский энциклопедический словарь. 2010. ИНЕРЦИЯ (от лат. inertia – бездействие) – в механике … Философская энциклопедия
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 … Философский словарь Спонвиля
инерция - и, ж. inertie <лат. inertia. 1. Свойство тел сохранять состояние покоя или движения, пока какая н. сила не выведет их из этого состояния. БАС 1. < Лошадь> отдалась силе инерции, которая перенесла ее далеко за канаву. Толст. А. Каренина.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
См. лень … Словарь синонимов
- (от лат. inertia бездействие) (инертность), в механике свойство матер. тел, находящее отражение в 1 м и 2 м Ньютона законах механики. Когда внеш. воздействия на тело (силы) отсутствуют или взаимно уравновешиваются, И. проявляется в том, что тело… … Физическая энциклопедия
То же, что инертность … Большой Энциклопедический словарь
ИНЕРЦИЯ, свойство, присущее любой МАТЕРИИ и являющееся мерой того, как она сопротивляется изменениям своего состояния. Исаак Ньютон сформулировал первый закон движения, который иногда называют законом инерции. Закон гласит, что тело будет… … Научно-технический энциклопедический словарь
ИНЕРЦИЯ, 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… … Толковый словарь Ушакова
- [нэ ], и, жен. 1. Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока какая н. внешняя сила не изменит этого состояния. Закон инерции. Двигаться по инерции (также перен.). Делать что н. по инерции (перен.: по… … Толковый словарь Ожегова
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?
