Какво е инерцията? Значението на думата "инерция". Инерцията на твърдо вещество. Определяне на инерционния момент

От ежедневния опит можем да потвърдим следното заключение: скоростта и посоката на движението на тялото може да се промени само по време на взаимодействието му с друго тяло. Това създава инерционен феномен, за който ще говорим в тази статия.

Какво е инерцията? Пример за наблюдение на живота

Нека разгледаме случаите, когато орган в началния етап на експеримента вече е в движение. По-късно ще видим, че намаляването на скоростта и спирането на тялото не може да се случи произволно, защото причината е действието на друго тяло.

Вероятно сте гледали пътниците, които пътуват в транспорта, внезапно се наведат напред по време на спирането или са притиснати до тях на остър завой. Защо? Ще обясним по-нататък. Когато например спортистите се движат на определено разстояние, те се опитват да развият максималната скорост. Ако тичаш по финалната линия, дори не можеш да тичаш, но не можеш да спреш внезапно и следователно спортистът се движи с още няколко метра, т.е. прави движението с инерция.

От горните примери можем да заключим, че всички тела имат свойството да поддържат скоростта и посоката на движение, без да могат незабавно да ги променят по-късно в действията на друго тяло. Може да се приеме, че при отсъствие на външно действие тялото ще запази скоростта и посоката на движение толкова дълго, колкото е желано. И така, какво е инерцията? Това явление е запазването на скоростта на движение на тялото при отсъствието на въздействието върху него на други тела.

Отваряне на инерцията

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

Интересен факт: инерцията, чието определение ни доведе до "Галилео", се смяташе дори в Древна Гърция от Аристотел, но поради недостатъчното развитие на науката не беше дадена точна формулировка. Първият закон на Нютон гласи: има такива
референтна рамка, по отношение на която тялото, което се движи напред, поддържа постоянна скорост, освен ако други органи не действат върху него. Формулата на инерцията в една обща форма липсва, но по-долу даваме много други формули, които разкриват нейните характеристики.

Инертност на телата

Всички знаем това човешката скорост, колата, влакът, корабът или други органи се увеличават постепенно, когато започват да се движат. Всички сте видели пускането на ракети по телевизията или излитането на самолета на летището - те увеличават скоростта не с дрънкане, а постепенно. Наблюденията, както и ежедневната практика, показват, че всички тела имат обща черта: скоростта на движението на телата в процеса на тяхното взаимодействие варира постепенно и затова е необходимо известно време да ги промените. Тази характеристика на телата се нарича инерция.

Всички тела са инертни, но не всички имат същата инерция. От двете взаимодействащи тела тя ще бъде по-висока в тази, която ще спечели по-малко ускорение. Така например, с изстрел, пистолетът получава по-малко ускорение от касетата. С взаимното отблъскване на възрастен скейтър и дете, възрастен получава по-малко ускорение, отколкото детето. Това показва, че инерцията на възрастен е по-голяма.

За да характеризират инертността на телата, те въведоха специална ценност - масата на тялото, която обикновено се обозначава с буквата m. За да може да се сравнят масите на различните тела, масата на единия от тях трябва да се вземе предвид за единицата. Изборът му може да бъде произволен, но трябва да бъде удобен за практическа употреба. В SI система, една единица е взета от масата на специален стандарт, направен от твърда сплав на платина и иридий. Тя носи на всички нас добре известно име - един килограм. Трябва да се отбележи, че инерцията на едно твърдо тяло е от два вида: транслационни и ротационни. В първия случай мярката за инерция е маса, във втория - инерционният момент, за който ще говорим по-късно.

Момент на инерция

Това е името на скаларното физическо количество. В системата SI, единицата за измерване на инерционния момент е kg * m². Общата формула е следната:

тук m_аз - това е масата на точките на тялото,R_аз- това е разстоянието от точките на тялото до оста Z в пространствената координатна система. В устната интерпретация можем да кажем това: моментът на инерция се определя от сумата от продуктите на елементарните маси, умножени по квадрата на разстоянието до базовия набор.

Съществува и друга формула, която характеризира определението за момент на инерция:

тук дм - масата на елемента, R - разстоянието от елемента dm до оста Z. Вербално може да бъде формулиран като: момент на инерция на масата точки на системата, или по отношение на поле тяло (точкови) - е алгебрични сумата на продукти от масата на материала точки, съставляващи тялото, квадрата на разстоянието от 0 до поле.

Струва си да се отбележи, че има 2 вида инерционни моменти - аксиални и центробежни. Също така има и нещо като основните инерционни моменти (GMI) (по отношение на основните оси). Като правило, те винаги са различни. Сега можете да изчислите моментите на инерция за много тела (цилиндър, диск, топка, конус, сфера и т.н.), но няма да отидем в детайлите на всички формули.

Референтни системи

В първия закон на Нютон говорихме за еднообразно праволинейно движение, което може да се разглежда само в определена референтна рамка. Дори приблизителният анализ на механичните явления показва, че инерционният закон не е изпълнен във всички референтни рамки.

Помислете за прост експеримент: поставете топката върху хоризонтална маса в колата и наблюдавайте нейното движение. Ако влакът е в състояние на спокойствие по отношение на Земята, топката ще остане спокойна, докато не действаме върху нея с друго тяло (например ръка). Следователно, в рамките на референтната връзка, която е свързана със Земята, се изпълнява законът на инерцията.

Представете си, че влакът ще пътува по отношение на Земята равномерно и праволинейно. След това, в рамките на справката, която е свързана с влака, топката ще поддържа състояние на спокойствие, а в тази, свързана със Земята, състояние на еднородно и праволинейно движение. Следователно, инерционният закон се изпълнява не само в референтната рамка, свързана със Земята, но и във всички други, които се движат равномерно и праволинейно по отношение на Земята.

Сега си представете, че влакът бързо набира скорост или се обръща рязко (във всички случаи се движи с ускорение спрямо Земята). Тогава, както и преди, топката запазва униформата и праволинейно движение, което имаше преди ускорението на влака. Въпреки това, по отношение на влака, самата топка излиза от състояние на спокойствие, въпреки че няма органи, които да я извеждат от нея. Това означава, че в референтната рамка, свързана с ускорението на движението на влака спрямо Земята, се нарушава законът на инерцията.

По този начин, на рамката, в която вие сте в закона на инерцията се наричат ​​инерционно. А тези, в които не е изпълнено, не са инерционни. Определят ги просто: ако тялото се движи равномерно по права линия (в някои случаи - е спокойствие), а след това inertsialnaya- система, ако неравномерно движение - неинерциални.

Силата на инерцията

Това е доста двусмислена концепция и затова ще се опитаме да я разгледаме възможно най-подробно. Нека да дадем пример. Вие сте тихо в автобуса. Изведнъж той започва да се движи, което означава, че той се ускорява. Ти се връщаш зад волята. Но защо? Кой те издърпа? От гледна точка на наблюдателя на Земята (инерционна референтна рамка) оставате на място, докато първият закон на Нютон се изпълнява. От гледна точка на наблюдателя в самия автобус, започвате да се връщате обратно, сякаш под някаква сила. Всъщност вашите крака, които са свързани с фрикционните сили с пода на автобуса, вървяха заедно с него, а вие,
загуба на баланс, трябваше да се оттегли. По този начин, за да се опише движението на тялото в неинергийна референтна система, е необходимо да се въведат и да се вземат предвид допълнителни сили, които действат от страна на връзките на тялото с такава система. Тези сили са силите на инерцията.

Трябва да се има предвид, че те са фиктивни, защото няма нито едно тяло или поле, под което да започнете да се движите в автобуса. Законите на Нютон не се отнасят до инерциалните сили, но тяхното използване заедно с "реалните" сили ни позволява да опишем движението на произволни неинервиални еталонни рамки, използвайки различни инструменти. Това е цялата точка на инерционния вход.

Значи сега знаете какво е инерцията, момента на инерцията и инерциалните системи, инерционните сили. Ние се движим по-нататък.

Прогресивни системи за движение

Нека определено тяло, което е в неенергийна референтна рамка, се движи с ускорение и₀относително инерционно, действа F. За такава система, която не е инертна, аналоговото уравнение на втория закон на Нютон има формата:

където и₀ Е ускоряването на тялото с маса m, което е причинено от действието на силата F по отношение на неинергийната опорна рамка-F_іn - инерционна сила_. F В сила от дясната страна е "истински", в смисъл, че тя е в резултат на взаимодействието на твърди вещества в зависимост само от разликата на координатите и скоростите на взаимодействащи си материални точки, които не се променят от един кадър в друг, движещ се постъпателно. Следователно, силата F. не се променя. Тя е инвариантна при такъв преход. Но F_іn тамне по някаква причина взаимодействието на телата, а поради ускореното движение на еталонната рамка, поради това, което се променя при преминаване към друга ускорена система, така че тя не е инвариантна.

Центробежна сила на инерцията

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

По-горе е показан диска, където е фиксиран радиално насоченият прът, както и синята топка, "завързана" с оста на диска чрез еластично въже. Докато дискът не се върти, въжето не се деформира. Обаче, когато дискът не е изкривен, топката постепенно протяга въжето до еластичната сила F_cf. не става така, че да е равен на произведението от масата на топката m върху нормалното си ускорение а_п = -омега-²R, това е F_cf. = -momega-²R, където R е радиусът на окръжността, който описва топката, докато тя се върти около системата.

Ако ъгловата скорост омега дискът ще остане постоянен, тогава топката ще спре да се движи спрямо оста OX. В този случай, спрямо референтната рамка XOY, която е свързана с диска, топката ще бъде в състояние на спокойствие. Това ще се обясни с факта, че в тази система, в допълнение към силата F_Wed, топката действа върху топката на инерцията F_CF,който е насочен по радиуса от оста на въртене на диска. Силата, която има формата, както във формулата, представена по-долу, се нарича центробежна сила инерция. То може да възникне само при въртящи се еталонни кадри.

Силата на Кориолис

Оказва се, че когато телата се придвижват по отношение на въртящите се еталонни рамки, върху тях в допълнение към центробежната сила на инерцията има и друга сила - Кориолис. Той винаги е перпендикулярен на вектора на скоростта на тялото V, и това означава, че тя не извършва никаква работа по това тяло. Ние подчертаваме, че силата на Кориолис се проявява само когато тялото се движи спрямо неинертната опорна рамка, която се върти. Формулата му е, както следва:

От израза (v * омега-) е векторен продукт на векторите в скоби, можем да заключим, че посоката на силата на Кориолис се определя от правилото на тренировката по отношение на тях.Модулът му е:

Тук Ө е ъгълът между векторите V и омега.

В заключение

Инерцията е невероятен феномен, който всеки ден преследва всеки човек стотици пъти, дори и да не го забелязваме сами. Смятаме, че статията ви даде важни отговори на въпросите за инерцията, силата и инерционните моменти, които са открили феномена на инерцията.