В чем состоит явление инерции кратко
Обновлено: 04.07.2024
Явление инерции
Для любого человека привычно, что брошенный камень при отрыве от руки продолжает движение и летит самостоятельно, хотя сила руки на него уже не действует.
Явление, заключающееся в том, что тела сохраняют свою скорость, когда на них не действуют другие тела, называется явлением инерции.
Примерами инерции могут служить не только брошенные камни, но и любые другие предметы, движущиеся свободно и необязательно прямолинейно. Раскрученный маховик также вращается некоторое время по инерции, и на этой основе даже существуют игрушки с инерционным механизмом, которые могут довольно долго двигаться после запуска.
Рис. 1. Игрушки с инерционным механизмом.
Явление инерции далеко не так очевидно, как кажется. Например, для легких тел, вроде пуха, инерция, казалось бы, отсутствует. Более того, со времен Аристотеля считалось, что для того, чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, необходимо постоянное действие внешней силы.
Заблуждение античных философов базируется на том факте, что в реальном мире, как правило, невозможно создать условия, при которых тело не испытывало бы влияния других тел. Всегда существуют как минимум две силы, воздействующие на движущееся тело: сила тяжести и сила трения. И если влияние силы тяжести можно исключить, двигаясь перпендикулярно ее вектору, то силу трения исключить практически невозможно. Для больших скоростей и для тел большой поверхности (по сравнению с весом) существенное значение также приобретает сила сопротивления воздуха, поэтому формулы движения должны ее учитывать.
Инертность тел
При сравнении движения тел по инерции под действием сопротивления среды можно заметить, что это движение может быть различно, даже если сопротивление среды будет одинаковым.
Например, если взять металлический и пенопластовый шарики одинакового размера, то после броска металлический шарик пролетит значительно дальше пенопластового, хотя начальная скорость и размеры обоих шариков (а значит, и сила сопротивления) будут одинаковы. Различие в поведении шариков здесь объясняется тем, что они имеют различную инертность.
Инертность тел — это свойство, состоящее в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время, тем большее, чем больше инертность тела. Мерой инертности тел является специальная физическая величина — масса.
Именно поэтому металлический шарик пролетит дальше пенопластового: его масса больше, следовательно, его инертность также больше, и одной и той же силе сопротивления требуется больше времени для того, чтобы остановить его.
Рис. 3. Инертность тел.
Что мы узнали?
Инерция — это свойство всех тел, которое заключается в том, что они сохраняют свою скорость, если на них не действуют другие тела. Закон инерции был сформулирован Г. Галилеем и обобщен И. Ньютоном. Для изменения скорости тела обязательно требуется воздействие со стороны другого тела, и это воздействие должно быть тем длительнее, чем больше инертность первого тела. Мерой инертности является масса.
Вот беда: велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Или наездник слетает с лошади, если та резко остановилась. Почему так происходит, помогает понять такое явление, как инерция.
О чем эта статья:
Понятие инерция в формулировках Галилея и Ньютона
Галилео Галилей и Исаак Ньютон внесли свой вклад в развитие такого раздела физики, как механика. Неудивительно, что каждый из них предложил свою формулировку.
Галилео Галилей
Исаак Ньютон
Формулировка закона инерции
Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то его движение — равномерно, и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца.
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние.
Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела.
Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
Варианты формулировки не противоречат друг другу и говорят по сути об одном и том же, просто разными словами — выбирайте ту, что вам нравится больше.
Сила: первый закон Ньютона
В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или замедляется, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина любого действия или взаимодействия — сила.
Сила — это физическая векторная величина, которая описывает взаимодействие тел. Она измеряется в ньютонах (в честь Исаака Ньютона, разумеется).
Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.
Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.
Теперь зная, что такое сила, мы можем вернуться к ньютоновской формулировке закона инерции — он же, Его Величество, первый закон Ньютона:
Существуют такие системы отсчета, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной, в том числе равной нулю, если действие на него других сил отсутствует или скомпенсировано.
Первый закон Ньютона
R — результирующая сила, сумма всех сил, действующих на тело [Н]
const — постоянная величина
Системы отсчета: инерциальные и неинерциальные
Чтобы описать движение нам нужны три штуки:
- тело отсчета, относительно которого определяем местоположение других тел;
- система координат: в школьном курсе мы используем прямоугольную декартову систему координат;
- часы, чтобы измерять время.
В совокупности эти три опции образуют систему отсчета:
Инерциальная система отсчета — система отсчета, в которой все тела движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
Неинерциальная система отсчета — система отсчета, в которой тела движутся с ускорением.
Рассмотрим разницу между этими системами отсчета на примере задачи.
Аэростат — летательный аппарат на картиночке ниже — движется равномерно и прямолинейно параллельно горизонтальной дороге, по которой равноускоренно движется автомобиль.
Выберите правильное утверждение:
- Система отсчёта, связанная с аэростатом, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с автомобилем, инерциальной не является.
- Система отсчёта, связанная с автомобилем, является инерциальной, а система отсчёта, связанная с аэростатом, инерциальной не является.
- Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, является инерциальной.
- Система отсчёта, связанная с любым из этих тел, не является инерциальной.
Решение:
Система отсчёта, связанная с землёй, инерциальна. Да, планета движется и вращается, но для всех процессов вблизи планеты этим можно пренебречь. Во всех задачах систему отсчета, связанную с землей можно считать инерциальной.
Поскольку система отсчёта, связанная с землёй инерциальна, любая другая система, которая движется относительно земли равномерно и прямолинейно или покоится — по первому закону Ньютона тоже инерциальна.
Движение аэростата удовлетворяет этому условию, так как оно равномерное и прямолинейное, а равноускоренное движение автомобиля — нет. Аэростат — инерциальная система отсчёта, а автомобиль — неинерциальная.
Ответ: 1.
Инерция покоя
На столе лежит лист бумаги. На него поставили стакан и резко выдернули лист бумаги из-под него. Стакан почти не двинулся.
Так, например, если выбивать пыль из ковра, то в ковер-самолет ваш любимый предмет интерьера не превратится — вместе с пылью не улетит.
Инерция движения
В случае с движением мы берем ту часть первого закона Ньютона, в которой скорость постоянна, но не равна нулю. Здесь мы откроем способность тела к движению, которое было вызвано силой, прекратившей своё действие на тело.
Вернемся к самому началу:
Велосипедист наезжает на камень и падает с велосипеда. Благодаря инерции скорость велосипедиста сохраняется, несмотря на то, что сам велосипед не едет дальше.
Наездник слетает с лошади, если та остановилась. Это тоже происходит из-за инерции — скорость наездника остается постоянной, при этом сама лошадь останавливается.
Попробуйте курсы подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в онлайн-школе Skysmart!
Мир не идеален
К сожалению, а может быть и к счастью, мы не живем в мире, в котором все тела движутся прямолинейно и равномерно. Из-за этого инерция в реальной жизни невозможна, потому что всегда есть трение, сопротивление воздуха и прочие, препятствующие движению, факторы.
Пуля, вылетевшая из ружья, продолжала бы двигаться, сохраняя свою скорость, если бы на неё не действовало другое тело — воздух. Поэтому скорость пули уменьшается.
Велосипедист, перестав работать педалями, смог бы сохранить скорость своего движения, если бы на велосипед не действовало трение. Поэтому, если педали не крутить — скорость велосипедиста уменьшается, и он останавливается.
Инерция - это стремление неподвижных тел сохранять неподвижность, а движущихся - продолжать движение. Вспомните поездку в автобусе. Как только автобус останавливается, вы чувствуете, что какая-то сила толкает вас вперед. Если вы стоите и при этом не держитесь за поручни, то при резком торможении можете даже упасть вперёд. Это происходит, потому что инерция вашего тела требует продолжать движение. Когда же автобус опять трогается с места, вас тянет назад, то есть ваше тело стремится остаться в покое.
В переводе с латинского языка inertia означает покой, бездеятельность. Это понятие ввел ещё Аристотель, который жил в IV веке до н. э. Но современное понимание инерции связано с именами Галилео Галилея и Исаака Ньютона.
Галилей исправил ошибку Аристотеля, который считал, что тело останавливается, если на него прекращают действовать какие-либо силы. Галилей же утверждал, что при отсутствии внешних сил тело стремится сохранять свою скорость.
Если скорость тела в отсутствие внешних сил равна нулю, это значит, что тело стремится оставаться в покое - это очевидно. Но если тело движется с определенной скоростью, оно также в отсутствие внешних воздействий будет её сохранять, то есть будет двигаться вечно.
Гениальность этого вывода Галилея в том, что он совершенно не следует из нашего опыта и экспериментов. Галилей сделал его с помощью логического мышления на основе наблюдений, а не на основе реалий, в которых нельзя обеспечить полное отсутствие внешних сил. Такой внешней силой является, например, трение, из-за которого обычно прекращается любое движение. Правило, которое вывел Галилей, мы называем законом инерции.
Ньютон обобщил этот закон. Предложенный им вариант мы называем первым законом Ньютона. Ньютон провозгласил:
Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Чем больше масса тела, тем сильнее оно проявляет инерцию. Мы говорим, что тело с большей массой более инертно, чем тело с меньшей массой. Более инертному телу требуется большее время на то, чтобы изменить скорость на заданную величину, чем менее инертному телу.
Где используется явление инерции
1. В спорте
После разбега мы продолжаем движение на коньках, лыжах, велосипеде.
Снаряды, которые метают спортсмены (ядро, молот, диск, копье, камни в кёрлинге) продолжают свое движение после того, как спортсмены сообщают им некоторую скорость.
2. В космонавтике
После того, как космический аппарат выходит на орбиту, он долго может двигаться с выключенными двигателями благодаря инерции.
3. При вождении автомобиля
Двигающийся автомобиль невозможно остановить мгновенно. Существует такое понятие как тормозной путь - расстояние, которое пройдет машина с момента срабатывания системы торможения до полной остановки. Тормозной путь зависит не только от массы и скорости автомобиля, но и от дорожного покрытия, вида шин, погодных условий. Кстати, для поезда тормозной путь может достигать 1 км и более.
Именно из-за существования закона инерции при повороте водители машин сбавляют скорость.
Чтобы предотвратить губительное действие инерции при резком торможении автомобиля или во время аварии, используются ремни безопасности: они не дают телу водителя или пассажира продолжать движение вперёд и тем самым предотвращают удар о твёрдые поверхности или вылет через лобовое стекло.
4. В быту
Когда мы встряхиваем термометр, чтобы сбросить ртутный столбик, мы используем закон инерции.
Пуля в ружье или стрела в луке неподвижны, пока их не заставят двигаться, соответственно, пороховые газы или спущенная тетива.
Закон инерции умеют использовать и животные. Чтобы сбросить неопытного наездника, лошадь резко останавливается.
Грузы, которые перевозятся на велосипедах, автомобилях, грузовиках, нужно хорошо закреплять, иначе неизбежны аварии: при начале движения или резком торможении груз может упасть, стремясь сохранить свою скорость.
Второй закон Ньютона
Ине́рция (от лат. inertia — бездеятельность, косность) — свойство тел сохранять покой или равномерное прямолинейное движение, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы.
Содержание
Формулировка
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:
Существуют такие системы отсчёта, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
История
| Никто не сможет сказать, почему [тело], приведенное в движение, где-нибудь остановится, ибо почему оно скорее остановится здесь, а не там? Следовательно, ему необходимо или покоиться, или двигаться до бесконечности. |
| Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие. |
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.
| …скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, — условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время, как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно |
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
Следует отметить, что понятие инерциальной системы отсчёта — абстрактная модель, то есть некий идеальный объект, рассматриваемый вместо реального объекта (примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или нерастяжимая невесомая нить). Реальные системы отсчёта всегда связаны с каким-либо объектом или объектами, и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчётов будет неполным. В то же время точность подобной абстракции в земных условиях весьма велика и ограничивается лишь величиной искривления пространства-времени, которое было предсказано в рамках общей теории относительности (1915 год) и впервые зафиксировано в 1919 году при исследовании отклонения света в гравитационном поле Солнца.
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.
Читайте также: