biathlonmordovia.ru → Светотехника

Что такое инерция тела. Что такое инерция? Что же такое инерция

Совершенно нетрадиционно выразился по этому поводу полковник Краус фон Циллергут, герой бессмертного произведения Ярослава Гашека «Похождения бравого солдата Швейка во время мировой войны». Туповатый и болтливый полковник сетовал на автомобиль:

– Когда весь бензин вышел, автомобиль принужден был остановиться… И после этого еще болтают об инерции, господа! Ну не смешно ли?

Давайте вместе посмеемся над невежеством полковника, а посмеявшись, задумаемся. Действительно, а как же инерция? Ведь говорят и даже в книгах пишут, что разогнанный автомобиль после выключения двигателя движется по инерции. А в школьных учебниках по физике написано, что движение по инерции – равномерное, прямолинейное и конца ему нет. По крайней мере так трактует такое движение первый закон Ньютона. Стало быть, гашековский автомобиль, двигаясь по инерции, ехал бы до сих пор и продолжал бы ехать еще целую вечность. Правда, по прямой линии и с постоянной скоростью…

Тут надо признать, что незадачливый Краус фон Целлергут – далеко не единственный, кто имеет весьма туманное представление об инерции. Поэтому поговорим подробнее об этом фундаментальном свойстве материи.

Инерция (inertia) в переводе с латинского означает «покой», «бездействие». Под инерцией, или инертностью, понимают стремление тела сохранить неизменным свое состояние по отношению к инерциальной (в первом приближении неподвижной) системе отсчета. То есть если на тело не действуют никакие внешние силы (приложенные со стороны других тел и вообще окружающей среды) или если эти силы уравновешивают друг друга, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (а это в механике то же, что покой, так называемый относительный покой).

Если же на тело действует неуравновешенная система внешних сил, оно постепенно начинает менять скорость. Под действием одинаковых сил более инерционные тела (более инертные) медленнее изменяют свою скорость. Конечно, слово «постепенно» странно слышать, когда речь идет, например, об ударе или выстреле, но тем не менее скорости и там меняются постепенно – не мгновенно. Разгоняющуюся пулю или бильярдный шар можно заснять скоростной кинокамерой на пленку и убедиться, что тело (шар или пуля) приобрело скорость не мгновенно, а постепенно – правда, очень быстро.

Рис. 20. Инерционное набивание топора

Всем нам знакомы «фокусы», связанные с инерцией. Если резко выдернуть скатерть, то находящиеся на ней предметы не падают. Молоток плотнее насаживается на рукоять, если другим молотком побить по рукояти первого сзади (рис. 20). Особенно впечатляет опыт, где тяжелый предмет – груз – подвешен на нити, а с него свисает еще одна нить, и по желанию можно порвать любую из них – либо ту, на которой предмет подвешен, либо свисающую. Если резко дернуть за свисающую нить, то инерция груза не даст ему разогнаться и порвется именно свисающая нить. Если же тянуть медленно, то к силе тяжести груза прибавится сила, с которой мы тянем вниз, и рвется верхняя нить: инерция в этом случае «помогает» очень мало из‑за «статичности» натяжения нитей, когда скорость груза меняется очень медленно (рис. 21).

Рис. 21. Опыт с обрыванием нитей по желанию

Мерой инерции тела является его масса. Удивительно, но природа массы пока не выяснена. Проявляется свойство инерции в так называемой инерциальной системе отсчета. Ранее мы говорили, что в первом приближении это неподвижная система. Но ведь ничего абсолютно неподвижного в мире нет – все движется друг относительно друга. Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, не говоря уже о возмущениях ее вращения из‑за движения других планет. Солнце движется относительно центра Галактики, Галактика разбегается относительно центра мира, который… и т. д.

Как же тогда быть с инерциальной системой отсчета, где справедлив закон инерции, говорящий, что тело, если на него не действуют никакие неуравновешенные силы, находится в состоянии относительного покоя, т. е. оно может быть неподвижным относительно какой‑нибудь инерциальной системы отсчета или двигаться равномерно и прямолинейно относительно нее или другой инерциальной системы? Более того, всякая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно по отношению к инерциальной системе отсчета, сама делается инерциальной.

Однако если наша система отсчета движется по отношению к инерциальной системе неравномерно или непрямолинейно, то она не может быть инерциальной, так как в ней уже не будет соблюдаться закон инерции, не будут проявляться свойства инерции массивных тел, а следовательно, потеряют свою силу законы движения и сохранения – основные законы механики. Произойдет это потому, что помещенная в неинерциальную систему материальная точка будет иметь ускорение даже при отсутствии внешних действующих сил, поскольку даже без них она будет участвовать в ускоренном поступательном или вращательном движении самой системы отсчета.

Таким образом, инерциальная система отсчета – это всего лишь научная абстракция. Реальная система отсчета всегда связывается с каким‑либо конкретным телом – Землей, корпусом корабля, самолета или автомобиля, которое не неподвижно. Если мы захотим иметь очень точную (абсолютная – недостижима!) инерциальную систему отсчета, то должны будем поместить ее центр в центр Солнца – точнее, в центр массы Солнечной системы, а оси направить на три неподвижные (условно) звезды (рис. 22, а). Для большинства из технических задач центр инерциальной системы можно перенести из центра Солнца в центр Земли, а оси направить на те же звезды. В очень грубых случаях систему можно жестко связать с Землей, как известно, далеко не неподвижной (рис. 22, б).

Рис. 22. Схема инерциальных систем отсчета: а – связанной с Солнцем; б – связанной с Землей

Как видим, понятие инерции – непростое. Поэтому имеет смысл начать ее изучение, так сказать, с истории вопроса: давайте перенесемся в Древнюю Грецию – колыбель науки – и посмотрим, как в античной механике зарождалось понятие инерции.

Мы уже знаем, что Аристотель непосредственно связывал движение с силой.f

Очевидно, если сила равна нулю, то и скорость будет такой же. Но Аристотель прекрасно знал, что стрела, выпущенная из лука, продолжает двигаться уже после того, как на нее перестает действовать сила тетивы; продолжает лететь камень, выпущенный из руки. На это у Аристотеля свой ответ – так называемая теория антиперистасиса. Суть ее состояла в том, что в момент бросания камня рука приводит в движение не только камень, но и окружающую среду, в данном случае воздух. Рука сообщает окружающей среде некий «виртус мовенс» – способность передавать движение другим телам. Передвигаясь в соседнее место за счет «виртус мовенс», камень сдвигает новый участок среды и т. д. Замедление в процессе такого движения, происходящее за счет сопротивления среды, Аристотель объясняет тем, что при передачах «виртус мовенс» от камня к воздуху и обратно часть его теряется, и движение постепенно замедляется. Значит, в пустоте такого движения не должно происходить, но как раз только в пустоте можно осуществить движение по инерции, когда на тело не действуют силы сопротивления. Но Аристотель пустоты не признавал, он даже смеялся над теми, кто пытался использовать это понятие. «Что такое пустота?» – спрашивал он. И отвечал: «Это место без помещенных туда тел».

Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Современная формулировка закона:

История

Древнегреческие учёные, судя по дошедшим до нас сочинениям, размышляли о причинах совершения и прекращения движения. В «Физике» Аристотеля (IV век до н. э.) приводится такое рассуждение о движении в пустоте :

Однако сам Аристотель считал, что пустота в природе не может существовать, и в другом его труде, «Механике», утверждается :

Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних сил (сил трения, сопротивления воздуха и т. п.) движению толкаемого тела при этом не учитывалось. Поэтому Аристотель связывал неизменность скорости движения любого тела с неизменностью прилагаемой к нему силы.

Только через два тысячелетия Галилео Галилей (1564-1642) смог исправить эту ошибку Аристотеля. В своем труде «Беседы о двух новых науках» он писал :

Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т. п.). Поэтому, здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях и подобный математическому методу доказательства «от противного». Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх, то, при движении по горизонтальной плоскости, у тела нет причин ускоряться или замедляться, и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.

Таким образом, Галилей просто и ясно доказал связь между силой и изменением скорости (ускорением), а не между силой и самой скоростью, как считал Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как Закон инерции . Надо отметить, что Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В современном виде закон инерции сформулировал Декарт . Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон .

Смежные понятия

Инертность - свойство тела в большей или меньшей степени препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии на него внешних сил. Мерой инертности в физике выступает инертная масса .

См. также

Литература

Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.

Спасский Б. И. . История физики. М., «Высшая школа», 1977.
Том 1. Часть 1-я; Часть 2-я

Том 2. Часть 1-я; Часть 2-я

Кокарев С. С. Три лекции о законах Ньютона. Ярославль. Сб. трудов РНОЦ Логос, вып. 1, 45-72, 2006.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .
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

Как двигаться по инерции?

Почти 2 500 лет назад древнегреческий ученый Аристотель утверждал: чтобы тело двигалось, его необходимо все время «двигать», причем, чем больше скорость тела, тем больше усилий нужно приложить. Именно влияние одного тела на другое Аристотель назвал силой.

По Аристотелю, сила - причина движения.

Великий итальянский ученый Галилео Галилей первым из ученых перешел от наблюдений к опытам. Изучая движение тел в условиях максимального уменьшения силы трения (Галилей экспериментировал с шарами, которые скатывались из наклонного желоба), ученый сформулировал закон, названный «законом инерции».
Если на тело не действуют другие тела, то оно сохраняет состояние покоя или движется прямолинейно и равномерно.

Способность тел сохранять свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела, называют явлением инерции.

Движением по инерции можно считать движение шайбы после удара клюшкой, движение шара по дорожке во время игры в боулинг. По инерции через голову коня летит всадник, если конь споткнулся; по инерции перелетает через руль велосипеда спортсмен, по неосторожности наехал на препятствие.
Как должен вести себя тело, на которое не влияют другие тела? Как утверждал Аристотель, такое тело должно находиться в состоянии покоя, скорость его должна равняться нулю.

По Ньютону, ускорения такого тела должна равняться нулю.

По учению Ньютона, сила - причина изменения движения тел.

Это означает, что в определенной системе отсчета тело, на которое не влияют другие тела, может либо находиться в состоянии покоя, или двигаться прямолинейно и равномерно. В этом и заключается первый закон Ньютона:

Любое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку его не заставят изменить это состояние приложенные к нему силы.

Однако впоследствии выяснилось, что первый закон Ньютона реализуется не во всех системах отсчета. Так, он с необычайной точностью сработало в системе отсчета, связанной с Землей, а вот в системе отсчета, связанной с автомобилем, который едет по мосту, первый закон Ньютона не срабатывает, если автомобиль начинает ускоряться или тормозить.

Те системы отсчета, в которых закон инерции реализуется, называются инерциальными, а те, в которых не реализуется, - неинер-ных.

Согласно современным представлениям, первый закон Ньютона формулируется так:

Существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Итак, существуют системы отсчета, в которых закон инерции срабатывает. С любым свободным телом можно связать систему отсчета, называется инерциальной. Таким образом, инерциальных систем отсчета бесконечно много. Во многих задачах инерциальной системой отсчета с большой степенью точности можно считать систему отсчета, связанную с Землей.

Слово «инерция» ассоциируется у нас с физикой, однако мы часто употребляем его в повседневной жизни безотносительно к данной науке. Давайте же разберемся, что такое инерция.

Значение слова

Данное слово пришло к нам из латинского языка: inertia. Инерция означает «бездействие».

Инерция - это свойство тела сохранять первоначальное состояние покоя или же равномерного движения, когда на него не действуют никакие силы (телега катилась по инерции).

Слово также употребляется и в переносном смысле: инерция обозначает отсутствие инициативы, бездеятельность. В связи с этим в народе распространено выражение «делать что-то по инерции» или «жить по инерции», что означает выполнять какие-то действия по привычке, не прилагая особых усилий. Синонимичным является выражение «плыть по течению».

Также существует прилагательное «инертный». Его, как вы уже догадались, можно заменить словом «бездеятельный».

Инерция в законе Ньютона

Известнейший физик Исаак Ньютон провозгласил о существовании инерциальных систем отсчета, то есть таких, относительно которых движущиеся тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других тел компенсируется. Это так называемый первый закон Ньютона. Его еще называют законом инерции, поскольку это явление сохранения скорости прямолинейного равномерного движения (или покоя) тела и называют инерцией.

Есть также и другие системы отсчета, но все они, какими бы ни были - движущимися с ускорением или вращающимися, - будут называться неинерциальными.

Нельзя сказать, что Ньютон был первооткрывателем в данном вопросе, поскольку он опирался на труды Г. Галилея, который первым высказал утверждение, что, если на тело не действует другая сила, это вовсе не значит, что оно покоится. Наоборот, именно состояние равномерного и прямолинейного движения является как бы естественным для тела, а покой — это скорее частный случай такого движения, скорость которого равна нулю. Само это равномерное и прямолинейное движение свободного тела и называется движением по инерции.

Сила инерции

В физике также существует такое понятие, как сила инерции. Данный термин широко применим в механике. Это понятие применяется к Даламберовой, Эйлеровой, Ньютоновой силам.