Inerţie

Inerție (din lat.  inerție  - repaus, inactivitate, constanță, imuabilitate ) - proprietatea corpului de a rămâne în unele, numite inerțiale [1] , cadre de referință în repaus sau mișcare rectilinie uniformă în absența influențelor externe [1] [2] , precum și pentru a preveni modificarea vitezei acesteia (atât în ​​modul, cât și în direcție [3] ) în prezența forțelor externe datorate masei sale inerțiale .

Cantitativ, relația dintre impactul asupra corpului și modificarea mișcării acestuia este dată de formula celei de-a doua legi a lui Newton [4] :

.

Aici , este forța care acționează asupra corpului, este masa inerțială și este viteza corpului.

Conceptul de „inerție” este sinonim cu unul dintre semnificațiile conceptului de inerție [1] (alte semnificații ale acestuia din urmă nu se aplică fizicii).

Formulare

Existența cadrelor de referință inerțiale în mecanica clasică este postulată de prima lege a lui Newton , care este numită și legea inerției . Formularea sa clasică a fost dată de Newton în cartea sa Principia Mathematica of Natural Philosophy :

Fiecare corp continuă să fie ținut într-o stare de repaus, sau de mișcare uniformă și rectilinie, până când și în măsura în care este obligat de forțele aplicate să schimbe această stare.

Formularea modernă, mai precisă, a legii este:

Există astfel de cadre de referință , numite inerțiale (ISO), în raport cu care punctele materiale , când nu acționează asupra lor forțe (sau forțe echilibrate reciproc), sunt în repaus sau mișcare rectilinie uniformă .


Enciclopedie fizică [1] .

Pentru prima lege a lui Newton, puteți scrie formularea sa matematică, care are următoarea formă

unde este forța i - a care acționează asupra unui punct material (MT) și este viteza acestuia. Cu alte cuvinte, această formulă spune că în IFR, în absența forțelor care acționează asupra unui MT dat, mărimea și direcția vitezei sale nu se modifică.

Cadrele de referință în care legea inerției este îndeplinită se numesc cadre de referință inerțiale (ISR). Toate celelalte cadre de referință (de exemplu, rotirea sau mișcarea cu accelerație în raport cu cele inerțiale) sunt numite, respectiv, neinerțiale.

Conceptul de sistem de referință inerțial este idealizarea , adică un obiect ideal considerat în loc de un obiect real (alte exemple de idealizare sunt, de exemplu, un corp absolut rigid sau un fir inextensibil fără greutate). Sistemele de referință reale sunt întotdeauna asociate cu un anumit obiect sau obiecte, iar corespondența mișcării efectiv observate a corpurilor în astfel de sisteme cu rezultatele calculelor va fi incompletă. În același timp, acuratețea unei astfel de abstractizări în condiții terestre este foarte mare.

În cadrele de referință neinerțiale, legea inerției nu este îndeplinită. Cu toate acestea, mișcarea corpurilor în cadrele de referință neinerțiale poate fi descrisă prin ecuații de mișcare similare ca formă cu cele utilizate în cadrele inerțiale, dacă, împreună cu forțele datorate interacțiunii corpurilor între ele, termeni suplimentari ai unui originea pur cinematică sunt introduse în ecuații și nicio interacțiune a corpurilor inadecvată. Astfel de mărimi introduse formal se numesc forțe de inerție [5] [6] .

Istorie

Oamenii de știință greci antici, judecând după scrierile care au ajuns până la noi, s-au gândit la motivele finalizării și încetării mișcării. „Fizica” lui Aristotel (secolul al IV-lea î.Hr.) oferă următorul raționament despre mișcarea în vid [7] :

Nimeni nu va putea spune de ce [un corp], pus în mișcare, se va opri undeva, căci de ce s-ar opri aici mai degrabă decât acolo? Prin urmare, trebuie fie să fie în repaus, fie să se miște la infinit.

Totuși, într-o altă lucrare „Mecanica”, atribuită lui Aristotel, se afirmă [8] :

Un corp în mișcare se oprește atunci când forța care îl împinge se oprește.

Observațiile au arătat într-adevăr că corpul s-a oprit când a încetat forța care îl împingea. Nu s-a luat în considerare opoziția naturală a forțelor externe (frecare, rezistență a aerului etc.) la mișcarea corpului împins. Prin urmare, Aristotel a asociat invarianța vitezei de mișcare a oricărui corp cu invarianța forței aplicate acestuia.

Doar două milenii mai târziu, Galileo Galilei (1564-1642) a reușit să corecteze această greșeală a „ fizicii aristotelice ”. În lucrarea sa „Conversații despre două științe noi”, Galileo a scris [8] :

... viteza dată odată unui corp în mișcare se va păstra cu strictețe, întrucât cauzele exterioare ale accelerației sau decelerației sunt eliminate, condiție care se întâlnește doar pe un plan orizontal, deoarece în cazul deplasării în jos pe un plan înclinat există deja o cauză a accelerației, în timp ce atunci când vă deplasați de-a lungul planului înclinat în sus, există o decelerare; de aici rezultă că mişcarea pe plan orizontal este eternă.

Această judecată nu poate fi derivată direct din experiment, deoarece este imposibil să se excludă toate influențele externe (frecare etc.). Așadar, aici Galileo a aplicat mai întâi metoda gândirii logice, bazată pe observații directe și asemănătoare cu metoda matematică a demonstrației „prin contradicție”. Dacă înclinarea unui plan către orizontală este cauza accelerației unui corp care se deplasează în jos și a decelerației unui corp care se deplasează în sus, atunci când se deplasează de-a lungul unui plan orizontal, corpul nu are niciun motiv să accelereze sau să încetinească - și trebuie să fie într-o stare de mișcare uniformă sau de repaus.

Astfel, Galileo a demonstrat simplu și clar relația dintre forță și schimbarea vitezei (accelerare), și nu între forță și viteză în sine, așa cum credeau Aristotel și adepții săi. Această descoperire a lui Galileo a intrat în știință ca legea inerției . Cu toate acestea, Galileo a permis mișcarea liberă nu numai în linie dreaptă, ci și în cerc (aparent din motive astronomice). În 1638, italianul Baliani a clarificat legea inerției, indicând că, în absența influențelor externe, traiectoria naturală a unui corp este o linie dreaptă. În forma sa modernă, legea inerției a fost formulată de Descartes . Newton a încorporat legea inerției în sistemul său de legi ale mecanicii ca primă lege .

Concepte înrudite

Principiul relativității lui Galileo : în toate cadrele de referință inerțiale, toate procesele mecanice decurg în același mod (dacă condițiile inițiale pentru toate corpurile sunt aceleași). Într-un cadru de referință adus la o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă în raport cu un cadru de referință inerțial (condițional „în repaus”), toate procesele decurg exact în același mod ca și într-un cadru în repaus.

Masa inerțială  este o măsură a inerției unui corp în fizică, un indicator al faptului dacă, într-o măsură mai mare sau mai mică, un corp dat va preveni o modificare a vitezei sale în raport cu cadrul de referință inerțial atunci când este expus la forțe externe. Masa inerțială apare în expresia celei de-a doua legi a lui Newton , care este cea mai importantă lege a mecanicii clasice .

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 Inerția // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1990. - T. 2. - S. 146. - 704 p. — 100.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ Marea Enciclopedie Rusă  : [în 35 de volume]  / cap. ed. Yu. S. Osipov . - M .  : Marea Enciclopedie Rusă, 2004-2017.
  3. ↑ T.I.Trofimov. Fizică. - Moscova: „Academie”, 2012.
  4. ↑ Konopleva N.P. Despre evoluția conceptului de inerție (Newton, Mach, Einstein) // Colecția Einstein 1975-1976. - M., Nauka, 1978. - p. 216-244
  5. ↑ Savelyev I.V. Curs de fizică generală. T. 1. Mecanica. Fizica moleculară. - M .: Nauka, 1987. - S. 118-119.
  6. ↑ Landsberg G.S. Manual elementar de fizică. Volumul 1. Mecanica. Căldură. Fizica moleculară. - M .: Nauka, 1975. - C. 292
  7. ↑ Fizica (Aristotel)/Cartea 4/Capitolul 8
  8. ↑ 1 2 Einstein A., Infeld L. The evolution of physics . - M . : Nauka, 1965. - S.  10 -12.

Literatură

Link-uri noi de cercetare:

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii