Što je tromost? Značenje riječi "inercija". Inercija krute tvari. Određivanje trenutka inercije

Iz svakodnevnog iskustva možemo potvrditi sljedeće zaključke: brzina i smjer pokreta tijela mogu se promijeniti samo tijekom interakcije s drugim tijelom. To stvara fenomen inercije, o kojem ćemo govoriti u ovom članku.

Što je tromost? Primjer promatranja života

Razmotrimo slučajeve kada je tijelo u početnoj fazi eksperimenta već u pokretu. Kasnije ćemo vidjeti da smanjenje brzine i zaustavljanje tijela ne mogu se dogoditi samovoljno, jer razlog je djelovanje drugog tijela na njemu.

Vjerojatno ste gledali da putnici, koji putuju u prijevozu, iznenada nagnu naprijed za vrijeme kočenja ili su prešani na njihovu stranu na oštrom zaokretu. Zašto? Objasnit ćemo dalje. Kada se, na primjer, sportaši izvode na određenoj udaljenosti, pokušavaju razviti maksimalnu brzinu. Trčanje cilja, ne možete ni trčati, ali ne možete se zaustaviti iznenada, pa stoga sportaš traje još nekoliko metara, tj. Čini kretanje prema inertnosti.

Iz gore navedenih primjera možemo zaključiti da sva tijela imaju značajku održavanja brzine i smjera pokreta, a da ih ne mogu odmah kasnije mijenjati djela drugog tijela. Može se pretpostaviti da, u odsutnosti vanjskog djelovanja, tijelo će zadržati i brzinu i smjer kretanja koliko god to želi. Dakle, što je tromost? Ova pojava je očuvanje brzine kretanja tijela u odsutnosti utjecaja na njega drugih tijela.

Otvaranje inercije

Ova svojstva tijela otkrila je talijanski znanstvenik Galileo Galilei. Na temelju svojih eksperimenata i argumenata, on je tvrdio: ako tijelo ne djeluje u interakciji s drugim tijelima, ili ostaje u stanju mira, ili se kreće pravocrtno i ravnomjerno. Njegova su otkrića ušla u znanost kao Zakon inercije, no Rene Descartes je to posebno formulirao, a Isaac Newton uveo je zakone u svoj sustav.

Zanimljiva činjenica: inercija, čija je definicija dovela do Galileja, smatralo se čak i u staroj Grčkoj od strane Aristotela, ali zbog nedovoljnog razvoja znanosti ne daje se precizna formulacija. Newtonov prvi zakon kaže: postoje takvi
referentni okvir, u odnosu na koji tijelo, koje se kreće prema naprijed, održava svoju brzinu konstantnom, osim ako druga tijela ne djeluju na njemu. Nedostaje formulacija inercije u jednom i općenitom obliku, ali ispod dajemo mnoge druge formule koje otkrivaju njezine značajke.

Inertnost tijela

Svi to znamo ljudska brzina, automobila, vlakova, broda ili drugih tijela postupno se povećava kada se počinju kretati. Svi ste vidjeli puštanje raketa na TV ili polijetanje zrakoplova u zračnoj luci - oni povećavaju brzinu, a ne postupno, ali postupno. Promatranja, kao i svakodnevna praksa, pokazuju da sva tijela imaju zajedničku osobinu: brzina kretanja tijela u procesu njihove interakcije varira postupno, pa stoga treba malo vremena da ih mijenjaju. Ta se osobina tijela naziva inercijom.

Sva su tijela inertna, ali ne svi imaju istu inerciju. Od dvije interakcije tijela, to će biti veće u onoj koja će dobiti manje ubrzanja. Tako, primjerice, s puškom, pištolj dobiva manje ubrzanje od uloška. S uzajamnim odbijanjem odraslog klizača i djeteta, odrasla osoba dobiva manje ubrzanja od djeteta. To znači da je inercija odrasle osobe veća.

Da bi obilježili inertnost tijela, uveli su posebnu vrijednost - masu tijela, obično označena slovom m. Da bismo mogli uspoređivati ​​mase različitih tijela, masa jedne od njih mora se uzeti u obzir za jedinicu. Njegov izbor može biti proizvoljan, ali treba biti prikladan za praktičnu upotrebu. U SI sustavu, jedna jedinica je preuzeta masom posebnog standarda od tvrde legure platine i iridija. Svima nama nosi dobro poznato ime - kilogram. Treba napomenuti da je inercija čvrstog tijela od dvije vrste: translacije i rotacije. U prvom slučaju, mjera inercije je masa, u drugom - trenutak inercije, o čemu ćemo pričati kasnije.

Trenutak tromosti

Ovo je naziv skalarne fizičke veličine. U SI sustavu mjerna jedinica momenta inercije je kg * m². Opća formula je sljedeća:

ovdje m_ja - ovo je masa bodova tijela,r_ja- to je udaljenost od točaka tijela do osi z u prostornom koordinatnom sustavu. U verbalnom tumačenju možemo reći: trenutak inercije određen je zbrojem proizvoda elementarne mase pomnožen s kvadratom udaljenosti od baze.

Postoji još jedna formula koja karakterizira definiciju trenutka inercije:

ovdje dm - masa elementa, r - udaljenost od elementa dm do osi z. Usmeno se može formulirati kao: moment inercije masa točkama sustava, ili u odnosu na startnu tijela (točka) - je algebarski zbroj produkata mase materijalnih točaka koje čine tijelo, kvadratom udaljenosti od 0 do pola.

Važno je napomenuti da postoje 2 vrste momenti inercije - aksijalni i centrifugalni. Tu su i glavni momenti inercije (GMI) (u odnosu na glavne osi). U pravilu, uvijek su drugačiji. Sada možete izračunati trenutke inercije za mnoga tijela (cilindar, disk, lopta, konus, sfera itd.), Ali nećemo ući u detalje svih formula.

Referentni sustavi

U prvom zakonu Newtona govorili smo o ravnomjernom pravocrtnom gibanju, koji se može smatrati samo u određenom referentnom okviru. Čak i približna analiza mehaničkih fenomena pokazuje da zakon inercije nije zadovoljan u svim referentnim okvirima.

Razmislite o jednostavnom eksperimentu: stavite loptu na vodoravni stol u automobilu i pratite njegovo kretanje. Ako je vlak u stanju spokoja u odnosu na Zemlju, lopta će ostati mirna dok ne djelujemo na njemu s drugom tijela (na primjer, rukom). Prema tome, u referentnom okviru, koji je povezan s Zemljom, ispunjen je zakon tromosti.

Zamislite da će vlak putovati u odnosu na Zemlju ravnomjerno i pravocrtno. Zatim, u referentnom okviru, koji je povezan s vlakom, lopta će održati stanje mira, a u onoj povezanoj s Zemljom, stanje uniformnog i pravocrtnog gibanja. Slijedom toga, zakon inercije ispunjen je ne samo u referentnom okviru povezanom s Zemljom, već iu svim ostalima koji se kreću jednoliko i pravocrtno u odnosu na Zemlju.

Sada zamislite da je vlak pokupi brzina brzo ili naglo okreće (u svim slučajevima, to je ubrzan u odnosu na Zemlju). Zatim, kao i prije, lopta održava uniformu i pravocrtno gibanje, što je imao prije ubrzanja vlaka. Međutim, s obzirom na vlak, sama kugla izlazi iz stanja mira, iako nema tijela koja bi ga izvukla iz njega. To znači da se u referentnom okviru, povezanom s ubrzanjem kretanja vlaka u odnosu na Zemlju, krši zakon tromosti.

Dakle, referentni okvir u kojem se drži zakon tromosti naziva se inercijalnim. A oni u kojima nije ispunjen, nisu inercijski. Definirati ih je jednostavno: ako se tijelo ravnomjerno i pravocrtno pomiče (u nekim slučajevima to je mirno), inercijalni sustav, ako je gibanje nejednoliko, nije inercijalno.

Sila inercije

Ovo je prilično dvosmislen koncept, pa ćemo ga pokušati razmotriti što je više moguće. Dajmo primjer. Ti si mirno na autobusu. Odjednom se počinje kretati, što znači da se ubrzava. Vraćaš se pokraj volje. Ali zašto? Tko vas je izvukao? S gledišta promatrača na Zemlji (inercijalni referentni okvir) ostajete na mjestu, dok je prvi Newtonov zakon izvršen. S gledišta promatrača u samom autobusu, počnete se vratiti, kao da je pod nekom silom. Zapravo, noge koje su povezane trenjem sile s podom autobusa, prošle su s njom, a ti,
gubeći ravnotežu, morali su se vratiti. Dakle, da bi se opisala kretanje tijela u neineralnom referentnom sustavu, potrebno je uvesti i uzeti u obzir dodatne sile koje djeluju na dijelu veza tijela s takvim sustavom. Te sile su sile inercije.

Moraju se uzeti u obzir da su fiktivni, jer nema niti jednog tijela ili polja u kojem ste se kretali autobusom. Newtonovi zakoni ne primjenjuju se na inercijalne sile, ali njihova upotreba, zajedno s "stvarnim" silama, omogućuje nam opisivanje gibanja proizvoljnih ne-inercijalnih referentnih okvira pomoću različitih instrumenata. Ovo je cijela točka ulazne inercije.

Dakle, sada znate koja je inercija, trenutak inercije i inercijskih sustava, snage inercije. Dalje dalje.

Progresivni sustavi gibanja

Neka određeno tijelo, koje je u ne-inercijalnom referentnom okviru, krene s ubrzanjem i₀relativno inercijski, djeluje sila F. Za takav neinertivni sustav, analogna jednadžba Newtonovog drugog zakona ima oblik:

gdje i₀ Je li ubrzanje tijela masom m, što je uzrokovano djelovanjem sile F u odnosu na neineralni referentni okvir-F_ín - sile inercije_. Sila F na desnoj strani je „pravi” u smislu da je dobivena interakcija krutih tvari, ovisno samo o razlici koordinata i brzina u interakciji materijalnih točaka koje se ne mijenjaju iz jednog okvira na drugi, kreće translatorno. Dakle, sila F. se ne mijenja, ona je nepromjenjiva u takvoj tranziciji. Ali F_ín tamone iz razloga interakcija tijela, ali zbog ubrzanog kretanja referentnog okvira, zbog toga što se mijenja kada se kreće u drugi ubrzani sustav, tako da nije nepromjenjiva.

Centrifugalna sila inercije

Razmotrimo ponašanje tijela u neinerijalnom okviru. XOY se okreće u odnosu na inercijalni sustav, koji ćemo uzeti Zemlju, uz konstantnu kutnu brzinu co. Primjer je sustav na donjoj slici.

Iznad je prikazan disk na kojemu je fiksirana radijalno usmjerena šipka, a također se stavlja i plava kugla, koja je "vezana" na osi diska pomoću elastičnog užeta. Dok se disk ne rotira, konop se ne deformira. Međutim, kada je disk nepovezan, lopta postupno rasteže uže sve dok elastična sila F_usp ne postane takva da je jednaka proizvodu mase lopte m na uobičajenom ubrzanju _n = -omega-²R, to jest F_usp = -omega-²R, gdje je R radijus kruga koji opisuje kuglu dok se okreće oko sustava.

Ako je kutna brzina co- disk će ostati konstantan, tada će lopta prestati se kretati u odnosu na OX-osi. U ovom slučaju, u odnosu na referentni okvir XOY, koji je povezan s diskom, lopta će biti u stanju mira. To će se objasniti činjenicom da u ovom sustavu, uz snagu F_sri, lopta djeluje na kuglu inercije F_cf,koji je usmjeren duž polumjera od osi rotacije diska. Sila, koja ima formu, kao u formuli predstavljenoj u nastavku, naziva se centrifugalna sila inercija. Može se pojaviti samo u rotirajućim referentnim okvirima.

Sila Coriolis

Ispada da kada se tijela pomiču u odnosu na okreće okvira referentnosti, na njima, pored centrifugalne sile inercije, postoji još jedna sila - Coriolis. Uvijek je okomita na vektor brzine tijela V, i to znači da ne obavlja nikakav rad na ovom tijelu. Naglašavamo da se Coriolisova sila manifestira samo kada se tijelo pomiče u odnosu na neineralni referentni okvir koji se okreće. Njegova formula je sljedeća:

Od izraza (v * omega-) daje vektor proizvod vektora u zagradi, onda se može zaključiti da je smjer Coriolisove sile je određen pravilom desne strane u odnosu na nim.Ee modula:

Ovdje Ө je kut između vektora v i co-.

U zaključku

Inercija je nevjerojatna pojava koja svakodnevno svake osobe provodi stotine puta, čak i ako to ne vidimo sami. Mislimo da je članak vam je dao važne odgovore na pitanja o tome što je inercija, to je snaga i momenti tromosti, koji je otkrio fenomen inertsii.Uvereny, bilo je zanimljivo.