Ce este inerția? Semnificația cuvântului "inerție". Inerția unui solid. Determinarea momentului de inerție

Din experiența de zi cu zi putem confirma următoarea concluzie: viteza și direcția mișcării corpului se pot schimba numai în timpul interacțiunii cu alt corp. Aceasta generează un fenomen de inerție, despre care vom vorbi în acest articol.

Ce este inerția? Un exemplu de observare a vieții

Să luăm în considerare cazurile în care un organism aflat în stadiul inițial al experimentului este deja în mișcare. Mai târziu, vom vedea că scăderea vitezei și oprirea corpului nu pot avea loc în mod arbitrar, deoarece motivul este acțiunea unui alt corp asupra lui.

Probabil că ați urmărit pasagerii, care călătoresc în transport, se apleacă brusc înainte în timpul frânării sau sunt presați pe partea lor într-o mișcare bruscă. De ce? Vom explica mai departe. Când, de exemplu, sportivii rulează o anumită distanță, încearcă să dezvolte viteza maximă. Făcând linia de sosire, nu puteți să alergați, dar nu puteți opri brusc și, prin urmare, sportivul rulează câțiva metri, adică face mișcarea prin inerție.

Din exemplele de mai sus, putem concluziona că toate cadavrele au caracterul de a menține viteza și direcția mișcării, fără a fi capabili să le schimbe imediat mai târziu acțiunile unui alt corp. Se poate presupune că, în absența unei acțiuni externe, corpul va reține viteza și direcția de mișcare atâta timp cât se dorește. Deci, ce este inerția? Acest fenomen este conservarea vitezei de mișcare a corpului în absența impactului asupra acestuia de alte organisme.

Deschiderea inerției

Această proprietate a corpurilor a fost descoperită de cercetătorul italian Galileo Galilei. Pe baza experimentelor și a argumentelor sale, el a argumentat: în cazul în care organismul nu interacționează cu alte organe, acesta rămâne fie într-o stare de liniște, fie se mișcă rectiliniu și uniform. Descoperirile sale au intrat în știință ca Legea inerției, dar Rene Descartes a formulat-o mai exact, iar Isaac Newton a introdus legi în sistemul său.

Un fapt interesant: inerția, a cărei definiție ne-a condus la Galileo, a fost considerată chiar și în Grecia antică de Aristotel, dar din cauza dezvoltării insuficiente a științei nu a fost dată o formulă exactă. Legea lui Newton afirmă: există asemenea
cadru de referință, în privința căruia corpul care se mișcă înainte își menține constanta vitezei, cu excepția cazului în care alte organisme acționează asupra acestuia. Formula de inerție într-o formă unică și generalizată lipsește, dar mai jos vom da multe alte formule care îi dezvăluie caracteristicile.

Inerția corpurilor

Știm cu toții asta viteza omului, autoturismul, trenul, nava sau alte organisme cresc treptat când încep să se miște. Toți ați văzut lansarea de rachete la televizor sau decolarea aeronavelor de pe aeroport - ele nu măresc viteza prin jarks, ci treptat. Observațiile, precum și practica de zi cu zi, arată că toate organismele au o trăsătură comună: viteza mișcării corpurilor în procesul de interacțiune variază treptat și, prin urmare, este nevoie de ceva timp pentru a le schimba. Această caracteristică a corpurilor se numește inerție.

Toate corpurile sunt inerte, dar nu toate au aceeași inerție. Dintre cele două corpuri interacționate, va fi mai mare în cel care va câștiga mai puțin accelerație. De exemplu, cu o lovitură, pistolul obține o accelerație mai mică decât cartușul. Odată cu respingerea reciprocă a unui patinator adult și a unui copil, adultul obține o accelerație mai mică decât copilul. Aceasta indică faptul că inerția unui adult este mai mare.

Pentru a caracteriza inertitudinea corpurilor, au introdus o valoare specială - masa corpului, este de obicei indicată prin litera m. Pentru a putea compara masele diferitelor corpuri, masa unuia dintre ele trebuie luată în considerare pentru unitate. Alegerea sa poate fi arbitrară, dar ar trebui să fie convenabilă pentru uzul practic. În sistemul SI, o unitate a fost luată de masa unui standard special fabricat dintr-un aliaj dur de platină și iridiu. Ea ne poartă un nume bine-cunoscut - un kilogram. Trebuie remarcat faptul că inerția unui corp solid este de două tipuri: translațional și rotativ. În primul caz, măsura inerției este masă, în al doilea - momentul inerției, despre care vom vorbi mai târziu.

Moment de inerție

Acesta este numele unei cantități fizice scalare. În sistemul SI, unitatea de măsură a momentului de inerție este kg * m². Formula generalizată este după cum urmează:

aici m_eu - aceasta este masa punctelor corpului,r_eu- aceasta este distanța de la punctele corpului la axă z în sistemul de coordonate spațiale. În interpretarea verbală putem spune acest lucru: momentul inerției este determinat de suma produselor de masă elementară înmulțită cu pătratul distanței față de setul de bază.

Există o altă formulă care caracterizează definiția momentului de inerție:

aici dm - masa elementului, r - distanța de la elementul dm la axă z. Verbal pot fi formulate ca: momentul de inerție al punctelor de masă ale sistemului, sau în raport cu corpul pol (punctul) - este suma algebrică a produselor din masa punctelor materiale care alcătuiesc corpul, pătratul distanței de la 0 la pol.

Merită menționat faptul că există 2 tipuri de momente de inerție - axiale și centrifugale. Există, de asemenea, un astfel de lucru ca momentele principale de inerție (GMI) (relativ la axele principale). De regulă, ele sunt întotdeauna diferite. Acum puteți calcula momentele de inerție pentru multe corpuri (cilindru, disc, minge, con, sferă etc.), dar nu vom trece în detaliile tuturor formulelor.

Sisteme de referință

În prima lege a lui Newton am vorbit despre o mișcare uniformă rectilinie, care poate fi considerată doar într-un anumit cadru de referință. Chiar și o analiză aproximativă a fenomenelor mecanice arată că legea inerției nu este satisfăcută în toate cadrele de referință.

Luați în considerare un simplu experiment: puneți mingea pe o masă orizontală în mașină și urmăriți mișcarea acesteia. Dacă trenul se află într-o stare de liniște față de Pământ, atunci mingea va rămâne calmă până când vom acționa cu un alt corp (de exemplu, o mână). În consecință, în cadrul de referință, care este legat de Pământ, legea inerției este îndeplinită.

Imaginați-vă că trenul va călători în raport cu Pământul în mod egal și rectiliniu. Apoi, în cadrul de referință, care este legat de tren, mingea va menține o stare de liniște, iar în cel legat de Pământ, starea de mișcare uniformă și rectilinie. În consecință, legea inerției este îndeplinită nu numai în cadrul de referință legat de Pământ, ci și în toate celelalte care se mișcă uniform și rectilinie față de Pământ.

Acum, imaginați-vă că trenul câștigă viteză rapidă sau se întoarce brusc (în toate cazurile se mișcă cu accelerație față de Pământ). Apoi, ca și înainte, mingea păstrează uniforma și mișcare rectilinie, pe care la avut înainte de accelerarea trenului. Cu toate acestea, în ceea ce privește trenul, mingea însăși iese dintr-o stare de liniște, deși nu există organisme care să o conducă din ea. Aceasta înseamnă că, în cadrul de referință, asociat cu accelerarea mișcării trenului față de Pământ, legea inerției este încălcată.

Astfel, cadrul de referință în care se află legea inerției se numește inerțial. Iar cele în care nu este împlinită nu sunt inerțiale. Pentru a le defini este simplu: dacă corpul se mișcă uniform și rectiliniu (în unele cazuri acesta este calm), atunci sistemul inerțial, dacă mișcarea este neuniformă, este neinerțial.

Forța de inerție

Acesta este un concept destul de ambiguu și, prin urmare, vom încerca să îl analizăm cât mai mult posibil. Să dăm un exemplu. Sunteți în liniște în autobuz. Dintr-o dată începe să se miște, ceea ce înseamnă că el se accelerează. Fugi înapoi după voință. Dar de ce? Cine te-a tras? Din punctul de vedere al observatorului de pe Pământ (cadru de referință inerțial) rămâi la locul lui, în timp ce prima lege a lui Newton este executată. Din punctul de vedere al observatorului din autobuz în sine, începeți să vă mișcați înapoi, ca și cum sub o forță. De fapt, picioarele voastre, care sunt legate între ele de forțele de frecare cu podeaua autobuzului, au mers împreună cu ea și tu,
pierderea echilibrului, a trebuit să cadă înapoi. Astfel, pentru a descrie mișcarea unui corp într-un sistem de referință neinerțial, este necesar să se introducă și să se ia în considerare forțele suplimentare care acționează asupra legăturilor corpului cu un astfel de sistem. Aceste forțe sunt forțele de inerție.

Trebuie să țineți cont de faptul că acestea sunt fictive, deoarece nu există un singur corp sau un câmp în care să începeți să vă deplasați în autobuz. Legile lui Newton nu se aplică forțelor inerțiale, dar utilizarea lor, împreună cu forțele "reale", ne permite să descriem mișcarea cadrelor de referință arbitrare non-inerțiale utilizând diferite instrumente. Acesta este întregul punct de intrare a inerției.

Deci, acum știi ce inerție este, momentul inerției și al sistemelor inerțiale, forțele de inerție. Ne mișcăm mai departe.

Sisteme Motion Motion Progressive

Lăsați un anumit corp, care se află într-un cadru de referință neinerțial, să se miște cu accelerație și₀relativ inerțială, forța F. Pentru un astfel de sistem neinerțial, ecuația analogică a celei de-a doua legi a lui Newton are forma:

unde și₀ Este accelerarea corpului cu masă m, care este cauzată de acțiunea forței F în raport cu cadrul de referință neinerțial F_іn - forța inerției_. Forța F de pe partea dreaptă este „real“, în sensul că acesta este interacțiunea rezultată a solidelor numai în funcție de diferența dintre coordonatele și vitezele punctelor materiale care interacționează, care nu se schimbă de la un cadru la altul, în mișcare de translație. Prin urmare, forța F. nu se schimbă. Este invariabilă într-o astfel de tranziție. Dar F_іn acolonu pentru un motiv interacțiunea corpurilor, dar din cauza mișcării accelerate a cadrului de referință, din cauza a ceea ce se schimbă atunci când se trece la un alt sistem accelerat, deci nu este invariabil.

Forța centrifugă de inerție

Să considerăm comportamentul corpurilor într-un cadru neinerțial de referință. XOY se rotește în raport cu sistemul inerțial, pe care îl vom lua cu Pământul, cu o viteză unghiulară constantă omega-. Un exemplu este sistemul din figura de mai jos.

Deasupra se afișează discul în care este fixată tija radială și, de asemenea, bila albastră, "legată" de axa discului printr-o coardă elastică. În timp ce discul nu se rotește, coarda nu se deformează. Cu toate acestea, atunci când discul este netratat, mingea se întinde treptat, până la forța elastică F_cf. nu devine astfel încât să fie egal cu produsul din masa mingii m la accelerarea normală o_n = -omega-²R, care este F_cf. = -momega-²R, unde R este raza cercului care descrie mingea când se rotește în jurul sistemului.

Dacă viteza unghiulară omega- discul va rămâne constant, atunci mingea se va opri în mișcare relativ la axa OX. În acest caz, în raport cu cadrul de referință XOY, care este asociat cu discul, mingea va fi într-o stare de liniște. Acest lucru se va explica prin faptul că în acest sistem, în plus față de putere F_Miercuri, mingea acționează asupra mingii de inerție F_cf,care este îndreptată de-a lungul razei de pe axa de rotație a discului. Se numește forța, care are forma, ca în formula prezentată mai jos forța centrifugală inerție. Poate apărea numai în cadrele de referință rotative.

Forța Coriolis

Se pare că atunci când corpurile se mișcă în raport cu cadrele de referință rotative, pe ele, pe lângă forța centrifugă de inerție, există o altă forță - Coriolis. Este întotdeauna perpendiculară pe vectorul vitezei corpului V, și asta înseamnă că nu face nici o lucrare asupra acestui corp. Subliniem că forța Coriolis se manifestă numai atunci când corpul se mișcă în raport cu cadrul de referință neinerțial care se rotește. Formula sa este după cum urmează:

De la expresie (v * omega-) este un vector vector al vectorilor în paranteze, putem concluziona că direcția forței Coriolis este determinată de regula burghiului cu privire la ele. Modulul său este:

Aici Ө este unghiul dintre vectori v și omega-.

În concluzie

Inerția - este un fenomen uimitor, care bantuie de zi cu zi fiecare fiind de sute de ori umane, chiar dacă nu-l observa. Credem că articolul pe care l-a dat răspunsuri la întrebări importante cu privire la ceea ce este inerția, adică puterea și momentele de inerție, care a descoperit fenomenul inertsii.Uvereny, a fost interesant.