Инерция определение

Инерция

Инерция определение

Явление, которому посвящена наша сегодняшняя беседа, встречается в разных жизненных ситуациях. Мы с удовольствием его используем, учитываем и частенько ругаем.

Речь пойдет об инерции. Постараемся разобраться, что скрывается за этим названием.

Что же такое инерция

Наблюдая полёт копья, брошенного рукой атлета, падение всадника через голову споткнувшейся лошади; созерцая камни, веками неподвижно лежащими на одних и тех же местах — греческие мыслители задумывались, что общего в этих явлениях?

На пути их познания Аристотелем было введено понятие инерции, что дословно означает «бездействие». Эти размышления греческого философа об инерции получили продолжение в опытах Г. Галилея. Он делает вывод о том, что если на тело не действуют другие тела, то скорость тела не изменяется. Спустя несколько веков эти выводы дополнил и обобщил в своих трудах Исаак Ньютон.

Данная им формулировка явления инерции известна как I закон Ньютона.

«Инер­ция — это фи­зи­че­ское яв­ле­ние со­хра­не­ния ско­ро­сти тела по­сто­ян­ной, если на него не дей­ству­ют дру­гие тела или их дей­ствие ском­пен­си­ро­ва­но».

Это означает, что, благодаря инерции, тела, находящиеся в покое, продолжают покоиться, а движущиеся продолжают свое движение, пока на них не окажут воздействие внешние силы.

Например, автомобиль может находиться в покое в двух случаях, если на горизонтальном участке дороги его двигатель выключен, либо его двигатель включен, но силы сопротивления уравновесили силу тяги двигателя, т. е. скомпенсировали её.

Теперь вернемся к нашему всаднику, перелетающему через голову споткнувшейся лошади. Лошадь, споткнувшись, резко теряет скорость, а невезучий всадник… по инерции продолжает движение.

По этой же причине при ДТП водитель, пренебрегающий ремнями безопасности, получает удар о лобовое стекло.

Почему, поскользнувшись при ходьбе, мы падаем назад? Тело по инерции сохраняет прежнюю скорость, а ноги на скользком участке быстренько «убегают» вперед.

Формула силы инерции

Количественной характеристикой явления инерции является сила инерции.

Для расчета этой силы используют формулу:

Fин= — ma

где:

  • Fин — сила инерции;
  • m — масса тела;
  • a — ускорение.

Знак минус указывает на то, что сила инерции противодействует силе, вызвавшей изменение скорости тела.

Понятие инертности в физике

Итак, инерция — это физическое явление. С ним тесно связано еще одно понятие — инертность. Под инертностью в физике понимают свойства тел противодействовать мгновенному изменению направления или скорости движения.

Любое тело не может мгновенно изменить свою скорость, однако, одни тела это делают быстрее, другие — медленнее. Для остановки гружёного и порожнего самосвалов, движущихся с одинаковой скоростью, требуется разное время.

Это происходит потому, что тело с большей массой более инертно, и ему на изменение скорости требуется больше времени. То есть мерой инертности в физике является масса тела.

Инертные люди, инертные газы

Термин «инертный» широко используется в химии. Он относится к химическим элементам, которые при обычных условиях не вступают в химические реакции. Например, благородные газы аргон, ксенон и др.

Этот термин может быть применен и к поведению человека. Инертные люди отличаются равнодушием к окружающему миру. Они противятся любым переменам, как в их собственной судьбе, так и в работе. Они ленивы и безынициативны.

Инертность вращающихся объектов

Все приведенные ранее примеры относились к поступательно движущимся телам. А как же быть с вращающимися объектами? Скажем, с вентилятором, с маховиком в двигателе внутреннего сгорания или детской игрушке. Ведь после выключения электрического вентилятора его лопасти ещё некоторое время по инерции продолжают крутиться.

Насколько тела инертны во время вращения определяет момент инерции. Он зависит от массы тела, его геометрических размеров и расстояния до оси вращения. Изменение этого расстояния влияет на скорость вращения тела. Это используют спортсмены — фигуристы, поражая зрителей продолжительным вращением с изменением скорости.

Специальные расчёты позволяют определить оптимальные размеры механизма и допустимую скорость вращения, чтобы не допустить разрыва вращающихся частей.

Т.е. момент инерции во вращательном движении играет ту же роль, что и масса при поступательном движении. Но в отличие от массы момент инерции можно изменять, как это делают фигуристы — то широко разводя руки, то прижимают их к груди.

Инерция вокруг нас

Именно это явление используют:

  • для сбрасывания ртутного столбика в медицинском термометре и выбивания пыли из ковров;
  • для продолжения движения после разбега на коньках, лыжах, велосипеде;
  • для экономии горючего при езде на автомобиле;
  • в принципе работы артиллерийских детонаторов и т. д.

Это лишь небольшая часть из всех применений инерции. Но не следует забывать о возможной опасности, которую таит это явление природы. Надпись на заднем борту грузовика «Водитель, сохраняй дистанцию», напоминает, что транспорт мгновенно остановить нельзя.

И при торможении впереди едущего автомобиля, следующая за ним машина, остановиться мгновенно не может. По этой же причине категорически запрещено перебегать дорогу перед движущимся транспортом.

Теперь вы легко ответите на вопрос, почему при торможении автомобилей обязательно включается задний красный свет, почему при повороте водитель обязательно сбрасывает скорость.

В спортзале и на катке, в цирке и в мастерской — инерция сопровождает нас всюду. Присмотритесь.

Драчёва Светлана Семёновна

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

Источник: http://www.doklad-na-temu.ru/fizika/inerciya.htm

Что такое инерция

Инерция определение

Вместе с Татьяной Евгеньевной в этом разбирался Денис Зеленов, 9 лет.

Всякий раз, когда мы садимся в машину, нам приходится пристегиваться ремнями безопасности. Вот Денис и задумался для чего это? Поговорив с папой, мамой и сестрой, которая учится в 7 классе и уже начала изучать физику, у него появились три предположения:

  1. папино: остановят сотрудники ГИБДД и наложат штраф.
  2. сестры: можно получить травму при торможении машины, потому что «улетишь» вперед.
  3. мамино: машина будет «пищать», напоминая нам о том, что надо пристегнуться ремнями безопасности, которыми она оборудована.

1.Разберемся с папиной версией — сотрудники ГИБДД( Государственная инспекция безопасности дорожного движения) наложат штраф. В соответствии с пунктом 2.1.

2 ПДД РФ (Правил дорожного движения Российской Федерации) при движении на транспортном средстве, оборудованном ремнями безопасности, водитель должен быть сам пристегнутым такими ремнями и не вправе перевозить не пристегнутых пассажиров.

Ответственность за не пристегнутый ремень предусмотрена статьей 12.6 КОАП РФ (кодекс об административных правонарушениях РФ) в виде штрафа. Для водителя в настоящее время он составляет 500 рублей.

Максимальный штраф за не пристегнутый ремень для пассажира (статья 12.29 КоАП) составляет 200 рублей. Отмечу, что на пассажира вместо штрафа может быть наложено предупреждение, которое выносится в письменной форме.

 Значит, папа прав, за езду с не пристегнутыми ремнями можно получить штраф.

2. Разберемся со второй версией — можно получить травму при торможении машины, потому что «улетишь» вперед. Почему же я улечу вперед, подумал Денис? Сестра говорит из-за инерции.

Поэтому возникли следующие вопросы.

2.1. Что такое инерция?

2.2. Отчего зависит инерция.

2.3. Где можно наблюдать инерцию.

2.1. Что такое инерция?

Действительно, находясь в машине, мы не всегда остаемся в равновесии. Например, при резком торможении машины мы пролетаем вперед, а когда машина резко трогается с места, наоборот – отклоняемся назад. Это так на нас действует инерция. (Ноги как бы «уезжают» из-под туловища, которое бездвижно, инертно (или, как говорят, его скорость равна нулю))

Так что же такое инерция?

Чтобы исследовать явление инерции Денис сделал из ЛЕГО тележку, на пути ее движения поставил препятствие, а на тележку положил монетку. Потом толкнул тележку.

Двигаясь, тележка на пути встретила препятствие и резко остановилась, а лежащая на тележке монета препятствия не встретила и поэтому продолжила свое движение вперед по инерции.

Затем монетка упала на поверхность, и какое-то время скользила по Если бы в мире не существовало трения, и тележка не встретила бы на своем пути препятствия, то будучи однажды запущенной, она двигалась бы с постоянной скоростью бесконечно. Или, другими словами, она бы сохранила свою скорость по инерции.

Точно также и монетка, падающая с внезапно остановившейся тележки, продолжила бы свое движение по инерции.

Однако, монетка испытывает действие со стороны поверхности стола и поэтому, проскользив некоторое время, остановилась.

При этом, нам известно, что по гладкой поверхности монетка будет скользить дольше, чем по шероховатой. Таким образом, чем меньше внешнее воздействие, тем дольше сохраняется скорость тела.

Следовательно, движение по инерции — движение тела при отсутствии действия на него других тел.

А инерция – это явление, при котором тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела. «Инерция», в переводе с латинского, означает бездеятельность или бездействие.

2.2. От чего же зависит инерция?

Сестра Дениса сказала, что инерция зависит от массы тела, так написано в учебнике по физике. Чтобы проверить это, он провел опыт. Сделал из ЛЕГО две тележки — большую и маленькую.

К тележке, которая больше, прикрепил упругий стержень, изогнул его и перевязал нитью. Вплотную к стержню поставил другую, меньшую тележку. Отметил середину между ними.

Затем пережег нить, стержень выпрямился, и тележки разъехались в разные стороны.

Таким образом, тележки взаимодействовали друг с другом. И увидели, что в результате взаимодействия тележки разъехались на разные расстояния. То есть результат взаимодействия тележек не одинаков. Та тележка, чья масса больше, в результате взаимодействия преодолевает меньшее расстояние. Тележка с меньшей массой оказывается на большем расстоянии.

Из этого Денис сделал вывод:

Чем больше масса тела, тем оно более «лениво» при взаимодействии, или оно более инертно. И чем менее инертно тело, тем меньше его масса.

2.3. Где можно наблюдать инерцию?

Мысли Дениса:

«Я задумался и стал наблюдать. Делал это достаточно долго.

  1. Однажды мы с сестрой катались на велосипедах, и я заметил, что я не всё время кручу педали. Набрав скорость, я прекращаю работать ногами, а велосипед продолжает ехать. А когда колесо попало в ямку, то я улетел вперед. Это все благодаря инерции.
  2. Я заметил, как папа насаживает молоток на рукоятку. Он ударяет рукояткой по твердой поверхности, а молоток по инерции продолжает двигаться, прочно и надёжно насаживаясь на рукоятку.
  3. Разогнавшись перед прыжком, мы предоставляем инерции перенести нас через препятствие…
  4. Инерция в спорте устанавливает мировые рекорды, например, помогает в метании мяча: спортсмен отталкивает мяч, и он летит дальше по инерции.»

Благодаря инерции:

  • выльется кетчуп из бутылочки, если ее перевернутую резко встряхнуть;
  • чудесно крутится пуговка на нитке;
  • апельсин падает в стакан;
  • бутылка с водой остается на месте, когда из-под нее выдергиваем скатерть;
  • металлический шарик поднимается из под песка при встряхивании стакана .

С помощью инерции мы можем бегать, прыгать, играть в футбол, хоккей и другие игры.

Теперь мне понятно:

  • что произойдёт, если человек подскользнется;
  • почему летит стрела из лука и ядро выпущенное из пушки;
  •  почему при выходе из воды животные встряхиваются;
  • почему заяц делает резкие прыжки в сторону, если его догоняет лиса;
  • что произойдёт с наездником, если лошадь, прыгая через препятствие споткнётся;
  • почему пыль вылетает из ковра при его выхлопывании выбивалкой;
  • с какой целью необходимо закреплять грузы в кузове грузовика;
  • с какой целью при торможении автомобиля обязательно включается задний красный свет фар и для чего надо соблюдать дистанцию между автомобилями;

Из своих опытов и наблюдений мы сделали вывод:

По вине инерции сталкиваются машины и люди получают травмы. И все-таки, у инерции достоинств намного больше, чем недостатков. Она очень широко используется в технике и в быту. А происшествия на дорогах возникают не только по вине инерции, но и по вине людей неосторожных или чересчур задумчивых, забывающих о правилах уличного движения.

3. Разберем третью версию — машина будет пищать, напоминая нам о том, что надо пристегнуться ремнями безопасности, которыми она оборудована. Большинство машин и некоторые автобусы оборудованы ремнями безопасности и иногда, дополнительно звуковым сигналом, который напоминает нам, что ремень не пристегнут.

Для чего это сделано? Мама Дениса пояснила — для снижения травматизма при торможении или аварии.

Чтобы в этом убедится, сделали из ЛЕГО машинку, посадил в нее водителя и пристегнул его ремнями безопасности. Кроме водителя в машине едут два не пристегнутых пассажира.

Денис привел машину в движение и увидел, что при лобовом столкновении, когда машина резко останавливается, не пристегнутый пассажир «летит» вперед по инерции, вылетает из машины на дорогу или может ударится головой о лобовое стекло, а пристегнутый водитель остается на сидении.

 Удар может вести к сотрясению мозга и другим неприятным последствиям, но пристегнутые ремни безопасности позволяют нам этого избежать, и справится с инерцией.

Некоторые люди думают, что если в машине есть подушка безопасности, то можно не пристегиваться ремнями безопасности, полагая, что она спасет. Это в корне не верно! Подушка безопасности при не пристегнутом ремне наоборот может навредить пассажиру и водителю.

Следовательно, из опыта мы увидели, что машины оборудуются звуковым сигналом и ремнями в целях безопасности при дорожно-транспортных происшествиях и экстренном торможении автомобиля. Нет ничего сложного в том, чтобы пристегнуться перед поездкой, этим МЫ преодолеваем инерцию и спасаем себе жизнь.

Из проделанных опытов и экспериментов можно сделать вывод, что о инерции надо знать и с инерцией надо дружить и обязательно пристегивать ремни безопасности чтобы:

  1. не платить штраф;
  2. не получить травму;
  3. спасти свою жизнь;
  4. спасти жизнь пассажиров;
  5. не сесть в тюрьму, если я водитель.

Совершенно не сложно потратить 5 секунд, чтобы пристегнуться, и никакая инерция не страшна. Обязательно используйте ремень безопасности.

И удачи на дорогах!

Наука это не просто интересно. Веселая наука — это также масса полезностей, которые пригодятся сегодня, завтра, всегда. Можно проводить время с пользой всей семьей. Смотрите и другие разделы нашего сайте. Для вас здесь собраны опыты, фокусы и эксперименты для детей от 2-х до 10 лет.

Татьяна Галатонова

Источник: http://naukaveselo.ru/inertsiya-ili-dlya-chego-nuzhnyi-remni-bezopasnosti.html

Что такое инерция? Значение слова

Инерция определение

Из повседневного опыта мы можем подтвердить следующее умозаключение: скорость и направление движения тела могут меняться лишь во время его взаимодействия с другим телом. Это порождает явление инерции, о котором мы и поговорим в этой статье.

Что такое инерция? Пример жизненных наблюдений

Рассмотрим случаи, когда какое-нибудь тело на начальном этапе эксперимента уже пребывает в движении. Позже мы увидим, что уменьшение скорости и остановка тела не могут происходить самовольно, ведь причиной тому является действие на него другого тела.

Вы, наверное, не единожды наблюдали, как пассажиры, которые едут в транспорте, вдруг наклоняются вперед во время торможения или прижимаются на бок на крутом повороте. Почему? Объясним далее.

Когда, к примеру, спортсмены пробегают определенную дистанцию, они пытаются развить максимальную скорость.

Пробежав финишную черту, уже можно и не бежать, однако нельзя резко остановиться, а поэтому спортсмен пробегает еще несколько метров, то есть совершает движение по инерции.

Из вышеперечисленных примеров можно сделать вывод, что все тела имеют особенность сохранять скорость и направление движения, не будучи в состоянии при этом мгновенно их изменить впоследствии действия иного тела.

Можно предположить, что при отсутствии внешнего действия тело сохранит и скорость, и направление движения как угодно долго.

Итак, что такое инерция? Это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии воздействия на него других тел.

Такое свойство тел открыл итальянский ученый Галилео Галилей.

На основе своих экспериментов и рассуждений он утверждал: ежели тело не взаимодействует с иными телами, то оно либо пребывает в состоянии спокойствия, либо движется прямолинейно и равномерно.

Его открытия вошли в науку как Закон инерции, однако более детально сформулировал его Рене Декарт, а уж Исаак Ньютон внедрил в свою систему законов.

Интересный факт: инерция, определение которой привел нам Галилей, рассматривалась еще в Древней Греции Аристотелем, но из-за недостаточного развития науки, точной формулировки приведено не было.

Первый закон Ньютона гласит: существуют такие
системы отсчета, относительно которых тело, которое движется поступательно, сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют иные тела.

Формула инерции в едином и обобщенном виде отсутствует, но ниже мы приведем множество иных формул, раскрывающих ее особенности.

Инертность тел

Все мы знаем, что скорость человека, автомобиля, поезда, корабля или других тел увеличивается постепенно, когда они начинают двигаться. Все вы видели запуск ракет по телевизору или взлет самолетов в аэропорту – они увеличивают скорость не рывками, а постепенно.

Наблюдения, а также повседневная практика говорят о том, что все тела имеют общую особенность: скорость движения тел в процессе их взаимодействия меняется постепенно, а поэтому для их изменения необходимо некоторое время. Эта особенность тел получила название инертности.

Все тела инертны, но не у всех инертность одинакова. Из двух взаимодействующих тел она будет выше у того, которое обретет меньшее ускорение.

Так, к примеру, при выстреле ружье приобретает меньшее ускорение, чем патрон. При взаимном отталкивании взрослого конькобежца и ребенка взрослый получает меньшее ускорение, чем ребенок.

Это свидетельствует о том, что инертность взрослого человека больше.

Для характеристики инертности тел ввели особенную величину – массу тела, ее принято обозначать буквой m. Дабы иметь возможность сравнивать массы различных тел, массу кого-нибудь из них необходимо учесть за единицу. Ее выбор может быть произвольным, однако она должна быть удобной для практического употребления.

В системе СИ за единицу взяли массу специального эталона, изготовленного из твердого сплава платины и иридия. Она носит всем нам известное название – килограмм. Следует отметить, что инерция твердого тела бывает 2-х видов: поступательная и вращательная.

В первом случае мерой инерции является масса, во втором – момент инерции, о котором мы поговорим позже.

Момент инерции

Так называют скалярную физическую величину. В системе СИ единицей измерения момента инерции является кг*м2. Обобщенная формула следующая:

Здесь mi – это масса точек тела, ri – это расстояние от точек тела до оси z в пространственной системе координат. В словесной интерпретации можно сказать так: момент инерции определяется суммой произведений элементарных масс, умноженных на квадрат расстояния до базового множества.

Есть и другая формула, характеризующая определение момента инерции:

Здесь dm – масса элемента, r – расстояние от элемента dm до оси z. Словесно можно сформулировать так: момент инерции системы материальных точек или тела относительно полюса (точки) – это алгебраическая сумма произведения масс материальных точек, составляющих тело, на квадрат расстояния их до полюса 0.

Стоит упомянуть, что существует 2 вида моментов инерции – осевые и центробежные. Есть также такое понятие, как главные моменты инерции (ГМИ) (относительно главных осей). Как правило, они всегда различны между собой. Ныне можно рассчитать моменты инерции для многих тел (цилиндра, диска, шара, конуса, сферы и проч.), однако не будем углубляться в уточнение всех формул.

Системы отсчета

В 1-ом законе Ньютона шла речь о равномерном прямолинейном движении, которое можно рассматривать только в определенной системе отсчета. Даже приближенный анализ механических явлений показывает, что закон инерции выполняется далеко не во всех системах отсчета.

Рассмотрим простой эксперимент: положим мяч на горизонтальный столик в вагоне и понаблюдаем за его движением. Если поезд будет находиться в состоянии спокойствия относительно Земли, то и мяч сохранит спокойствие до тех пор, пока мы не подействуем на него иным телом (например, рукой). Следовательно, в системе отсчета, что связана с Землей, закон инерции выполняется.

Представим, что поезд будет ехать относительно Земли равномерно и прямолинейно.

Тогда в системе отсчета, что связана с поездом, мяч сохранит состояние спокойствия, а в той, что связана с Землей, – состояние равномерного и прямолинейного движения.

Следовательно, закон инерции выполняется не только в системе отсчета, связанной с Землей, но и во всех других, движущихся относительно Земли равномерно и прямолинейно.

Теперь представим, что поезд быстро набирает скорость либо круто поворачивает (во всех случаях он движется с ускорением относительно Земли).

Тогда, как и раньше, мяч сохраняет равномерное и прямолинейное движение, которое он имел до начала ускорения поезда. Однако относительно поезда мяч сам по себе выходит из состояния спокойствия, хотя и нет тел, которые бы выводили его из него.

Это значит, что в системе отсчета, связанной с ускорением движения поезда относительно Земли, закон инерции нарушается.

Итак, системы отсчета, в которых выполняется закон инерции, получили название инерциальных. А те, в которых не выполняется, – неинерциальных. Определить их просто: если тело движется равномерно и прямолинейно (в отдельных случаях – это спокойствие), то система инерциальная; если движение неравномерное – неинерциальная.

Сила инерции

Это довольно многозначное понятие, а поэтому попытаемся как можно более детально его рассмотреть. Приведем пример. Вы спокойно стоите в автобусе. Внезапно он начинает двигаться, а значит, набирает ускорение. Вы мимо воли отклонитесь назад.

Но почему? Кто вас потянул? С точки зрения наблюдателя на Земле (инерциальная система отсчета) вы остаетесь на месте, при этом выполняется 1-ый закон Ньютона. С точки зрения наблюдателя в самом автобусе, вы начинаете двигаться назад, будто под какой-либо силой.

На самом деле ваши ноги, которые связаны силами трения с полом автобуса, поехали вперед вместе с ним, а вам,
теряя равновесие, пришлось падать назад.

Таким образом, для описания движения тела в неинерциальной системе отсчета необходимо вводить и учитывать дополнительные силы, что действуют со стороны связей тела с такой системой. Эти силы и есть силы инерции.

Необходимо учесть, что они фиктивны, ибо нет ни единого тела либо поля, под действием которого вы начали двигаться в автобусе. Законы Ньютона на силы инерции не распространяются, однако их использование наряду с “настоящими” силами позволяет описывать движение у произвольных неинерциальных систем отсчета при помощи различных инструментов. В этом состоит весь смысл ввода сил инерции.

Итак, теперь вы знаете, что такое инерция, момент инерции и инерциальные системы, силы инерции. Двигаемся далее.

Поступательное движение систем

Пусть на некое тело, находящееся в неинерциальной системе отсчета, движущееся с ускорением а0 относительно инерциальной, действует сила F. Для такой неинерциальной системы уравнение-аналог второго закона Ньютона имеет вид:

Где а0 – это ускорение тела с массой m, что вызвано действием силы F относительно неинерциальной системы отсчета; Fін – сила инерции.

Сила F в правой части является «настоящей» в том понимании, что это результирующая взаимодействия тел, зависящая только от разности координат и скоростей взаимодействующих материальных точек, которые не меняются при переходе от одной системы отсчета к другой, движущейся поступательно. Поэтому не меняется и сила F.

Она инвариантна относительно такого перехода. А вот Fін возникает не по причине взаимодействия тел, а из-за ускоренного движения системы отсчета, из-за чего она меняется при переходе к другой ускоренной системе, поэтому не является инвариантной.

Центробежная сила инерции

Рассмотрим поведение тел в неинерциальной системе отсчета. XOY вращается относительно инерциальной системы, коей будем считать Землю, с постоянной угловой скоростью ω. Примером может послужить система на рисунке ниже.

Выше изображен диск, где закреплен радиально направленный стержень, а также надет синий шарик, “привязанный” к оси диска эластичной веревкой. Пока диск не вращается, веревка не деформируется.

Однако при раскручивании диска шарик понемногу растягивает веревку до тех пор, пока сила упругости Fср не станет такой, что равна произведению массы шарика m на ее нормальное ускорение aп = -ω2R, то есть Fср = -mω2R, где R – это радиус круга, который описывает шарик при вращении вокруг системы.

Ежели угловая скорость ω диска останется постоянной, то и шарик прекратит движение относительно оси OX. В этом случае относительно системы отсчета XOY, которая связана с диском, шарик будет находиться в состоянии спокойствия.

Это объяснится тем, что в этой системе, помимо силы Fср, на шарик действует сила инерции Fcf, которая направлена вдоль радиуса от оси вращения диска. Сила, имеющая вид, как в формуле, представленной ниже, называется центробежной силой инерции.

Возникать она может только во вращающихся системах отсчета.

Сила Кориолиса

Оказывается, когда тела двигаются относительно вращающихся систем отсчета, на них, помимо центробежной силы инерции, действует еще одна сила – Кориолиса.

Она всегда перпендикулярна к вектору скорости тела V, а это означает, что она не выполняет никакой работы над этим телом.

Подчеркнем, что сила Кориолиса проявляет себя лишь тогда, когда тело движется относительно неинерциальной системы отсчета, которая осуществляет вращение. Ее формула выглядит следующим образом:

Поскольку выражение (v*ω) является векторным произведением приведенных в скобках векторов, то можно прийти к выводу, что направление силы Кориолиса определяется правилом буравчика по отношению к ним. Ее модуль равен:

Здесь Ө – это угол между векторами v и ω.

В заключение

Инерция – это удивительное явление, которое ежедневно преследует каждого человека сотни раз, пусть мы и сами не замечаем этого. Думаем, что статья дала вам важные ответы на вопросы о том, что такое инерция, что такое сила и моменты инерции, кто открыл явление инерции. Уверены, вам было интересно.

Источник: https://FB.ru/article/136222/chto-takoe-inertsiya-znachenie-slova-inertsiya-inertsiya-tverdogo-tela-opredelenie-momenta-inertsii

Инертность

Инерция является свойством массовых тел (тел с массой), которые остаются в состоянии покоя перед внешним физическим действием, т. е. если на тело не действуют внешние силы.

В механике мы можем описать инерцию как способность тела не изменять направление или скорость движения относительно эталонной системы. Если действующие силы находятся в равновесии (т.е. скомпенсированы), тело остается в исходном состоянии.

Величина инерции напрямую зависит от веса тела.

Из практики мы знаем, что сила должна быть применена к инвалидной коляске для её перемещения.

Для удара на мяч для гольфа необходимо воспользоваться клюшкой, а для велосипедиста его управляющий должен начать крутить педали, тем самым придавая педалями силу.

Пока силы на тело скомпенсированы, оно остаётся в покое. Таким образом: каждое тело остается в относительном состоянии, когда оно не перемещается силой другого тела.

Инвалидное кресло двигается дальше, если уже находится в движении, даже когда вы перестаёте его толкать, мяч для гольфа летит дальше, хотя он не соприкасается с клюшкой, велосипед едет, даже когда велосипедист перестаёт крутить педали. В общем, можно сделать еще один вывод: если иные тела не воздействуют силой на тело, оно остается в равномерном прямолинейном движении.

 Зависимость инерции от веса

Всё-таки мы знаем, что инвалидная коляска останавливается, и велосипедист (если он не крутит педали) также будет постепенно останавливаться, что вызвано силой сопротивления воздуха и силой трения. Силовой эффект не только изменяет скорость, но и ее направление.

Теперь можно сформулировать 1-й закон Исаака Ньютона, что рассказывает о важном понятии физики – инерции.

Вот почему его часто называют также законом инерции: если на тело не воздействуют силы или их воздействие уравновешено, то такое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Другими словами: если тело ничто не заставляет двигаться, оно движется без ускорения.

Тело остается спокойным или движется равномерно прямо, если внешняя сила не заставляет это направление меняться. Мы должны учитывать случаи инерции, особенно когда мы быстро двигаемся или двигаем очень массивные тела.

Инерция тел на практике

  1. В автобусе мы сохраняем равновесие, но отклоняемся в противоположном направлении при старте движения.
  2. Инерция тел в движении – внезапное торможение тел, резкое изменение направления скорости.

Если автобус резко останавливается, мы отклоняемся в направлении его движения. Точно так же (если мы не держимся или сидим), мы отклоняемся, если автобус входит в «резкий» поворот.

Последствия закона инерции

  • Если мы несём тарелку с супом, мы должны нести её осторожно, а не быстро бежать с ней.
  • Когда автомобиль тормозит – неподвижные пассажиры отклоняются вперёд.

Нужно обратить внимание на применение закона инерции для тяжёлых тел:

  • Скоростной поезд должен начинать тормозить далеко заранее до станции.
  • Большие грузовые суда – танкеры – останавливают ход при заходе в гавань, в движении им помогают буксиры.

Техническая механика

Инерция определение


Быть может, этот не совсем обычный вопрос вызовет недоумение у обывателя, плохо знакомого с основными постулатами классической механики. Выражения «инерция» и «по инерции» прочно закрепились в бытовом лексиконе, и, казалось бы, их суть понятна каждому. Но что это такое – инерция, и почему тела могут двигаться по инерции пояснить может далеко не каждый.

Давайте попробуем разобраться в этом вопросе с использованием основных постулатов механики и более-менее научных познаний об окружающем мире.

Сначала проведем виртуальные эксперименты, результаты которых может представить каждый. Пусть перед нами на гладком горизонтальном полу покоится увесистый чугунный шар (например, большое пушечное ядро) и один из «экспериментаторов» пробует покатить его в любую сторону, упираясь ногами в пол и подталкивая руками.

Сначала нам придется приложить значительное усилие, чтобы сдвинуть шар с места, после чего он начнет уверенно катиться в выбранном вами направлении, и если мы перестанем его толкать, он так и будет катиться (силы трения и аэродинамического сопротивления для чистоты эксперимента оставим пока без виртуального внимания).

А теперь наоборот – попробуйте остановить этот шар, вцепившись в него руками и действуя ногами, как тормозом. Чувствуете сопротивление?.. Думаю, да. При этом никто не будет отрицать, что чем массивнее шар, тем сложнее изменить его механическое состояние, т. е.

сдвинуть с места или остановить.

Итак, вывод – сдвинуть с места неподвижный шар или остановить его при движении довольно непросто – необходимо приложить ощутимое усилие.

С точки зрения механики в данном случае мы прикладываем усилие, чтобы преодолеть какую-то непонятную силу.

Посмотрим на наше ядро, покоящееся на полу, пристальнее. С точки зрения опять же классической механики к нему приложены лишь две силы – сила тяжести, притягивающая шар к центру нашей планеты, а также сила реакции пола, противодействующая силе тяжести, т. е. направленная противоположно ей.

Когда наш шар катится по гладкому полу с постоянной скоростью, него тоже действуют только две описанные выше силы – притяжения к Земле и реакция опорной поверхности. Обе эти силы друг друга уравновешивают, и шар находится в равновесном состоянии.

А какая же сила препятствует попытке сдвинуть шар с места или остановить его во время прямолинейного и равномерного движения? Думаю, что самые сообразительные уже догадались – конечно же, это и есть сила инерции.

Откуда же она взялась? Ведь, по сути, мы приложили к шару только одну силу, пытающуюся сдвинуть с места или остановить шар. Где пряталась до сих пор сила инерции и когда она «проснулась»?

Учебники по механике утверждают, что силы инерции, как таковой, в природе не существует. Понятие этой силы в научный обиход ввел француз Жан Лерон Даламбер (Д’Аламбер) в 1743 году, когда предложил использовать ее для уравновешивания тел, перемещающихся с ускорением.

Метод назвали принципом Даламбера, и использовали его для преобразования задач динамики в задачи статики, тем самым упрощая их решение.

Но такое решение проблемы не объяснялось и даже вступало в противоречие другими постулатами механики, в частности, с законами, описанными несколько раньше великим англичанином – Исааком Ньютоном.

Когда в 1686 году И. Ньютон, опубликовал свой труд «Математические начала натуральной философии» и открыл человечеству глаза на основные законы механики, в том числе – закон, описывающий движение тел под действием какой-либо силы (F = ma), он несколько расширил понятие массы, как меры некоторого свойства материальных тел – инертности.

В соответствии с выводами гения всем окружающим нас материальным телам присуще некое свойство «лени» – они стремятся к вечному покою, пытаясь избавиться от ускоренного движения. Эту «лень» материальных тел Ньютон и назвал их инертностью. Т.

е инертность – это не сила, а некое свойство всех тел, образующих окружающий нас материальный мир, выражающееся в противодействии попыткам изменить их механическое состояние (придать какое-либо ускорение).

Впрочем, приписывать заслуги о пояснении природы инерции одному лишь Ньютону будет не совсем справедливо.

Основополагающие выводы по этому вопросу были сделаны итальянцем Г. Галилеем и французом Р. Декартом, а И. Ньютон лишь обобщил их и использовал в описании законов механики.

***



В соответствии с размышлениями средневековых гениев, материальные тела (т. е. тела, обладающие массой) крайне неохотно позволяют изменить свое механическое состояние, соглашаясь на это лишь под действием внешней силы.

При этом тот же Ньютон, описывая законы взаимодействия тел, утверждал, что силы в природе не появляются в одиночку – они, как результат взаимодействия двух тел, появляются только парами, причем обе силы такой пары равны по модулю и направлены вдоль одной прямой навстречу друг другу, т.е. попарно компенсируют друг друга.

Исходя из этого, в случае с чугунным шаром тоже должно быть две силы – усилие экспериментатора и противодействующая этому усилию сила, обусловленная упомянутым выше свойством инертности этого шара.

Но сила, по общим понятиям классической механики является результатом взаимодействия тел. И никакое свойство тела, в соответствии с этим постулатом, не может быть причиной появления какой-либо силы.

Противоречие с законами Ньютона привело к появлению в научной среде понятий инерциальной и неинерциальной систем отсчета. Инерциальной стали называть систему отсчета, в которой все тела при отсутствии внешних воздействий находятся в состоянии покоя, а неинерциальной – все прочие системы отсчета, относительно которых тела перемещаются с ускорением.

При этом в инерциальной системе отсчета описанные Ньютоном законы механики соблюдаются безусловно, а в неинерциальной не соблюдаются.

Однако все законы классической механики вполне можно применить и для неинерциальных систем отсчета, если наряду с реально действующими силами (нагрузками и реакциями) использовать силу инерции – виртуальную силу, обусловленную все тем же злополучным свойством инертности тел.

Таким образом удалось избавиться от противоречия, вытекающего из природы возникновения сил, описанной Ньютоном, и добиться условного равновесия тел при любом ускоренном движении, используя принцип Даламбера.
Сила инерции получила право на существование, и физики стали изучать ее более пристально, без опаски быть высмеянными коллегами.

Возникновение сил инерции напрямую связано с ускорением тела – в состоянии покоя (неподвижность или прямолинейное равномерное движение тела) эти силы не возникают и проявляются только в неинерциальных системах отсчета. При этом величина силы инерции равна по модулю и противоположно направлена силе, вызывающей ускорение тела, поэтому они взаимно уравновешивают друг друга.

В реальном мире на любое тело действуют силы инерции, т. е. понятие инерциальной системы отсчета является абстрактным. Но во многих практических ситуациях можно условно принять систему отсчета инерциальной, что позволяет упростить решение задач, связанных с механическим движением материальных тел.

***

Связь между инерцией и гравитацией

Еще Г. Галилей указал на некоторую связь между понятиями инерции и гравитации.

Силы инерции, действующие на тела в неинерциальной системе отсчета, пропорциональны их массам и при прочих равных условиях сообщают этим телам одинаковые ускорения. Поэтому при одинаковых условиях в «поле сил инерции» эти тела движутся совершенно одинаково. И таким же свойством обладают тела, находящиеся под действием сил поля тяготения.

По этой причине в некоторых условиях силы инерции ассоциируются с силами тяготения. Например, движение тел в равноускоренном лифте происходит точно так же, как и в неподвижном лифте, висящем в однородном поле тяжести. Никакой эксперимент, выполненный внутри лифта, не может отделить однородное поле тяготения от однородного поля сил инерции.

Аналогия между силами тяготения и силами инерции лежит в основе принципа эквивалентности гравитационных сил и сил инерции (принципа эквивалентности Эйнштейна): все физические явления в поле тяготения происходят совершенно так же, как и в соответствующем поле сил инерции, если напряженности обоих полей в соответствующих точках пространства совпадают, а прочие начальные условия для рассматриваемых тел одинаковы.
Этот принцип положен в основу общей теории относительности.

***

Какими бывают силы инерции?

Силы инерции обусловлены ускоренным движением системы отсчета относительно измеряемой системы, поэтому в общем случае нужно учитывать следующие случаи проявления этих сил:

  • силы инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчета (обусловлены поступательным ускорением);
  • силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся системе отсчета (обусловлены центробежным ускорением);
  • силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся системе отсчета (обусловлены поступательным и центробежным ускорениями, а также ускорением Кориолиса);.

Кстати, термин «инерция» имеет латинское происхождение – слово «inertia» означает бездеятельность.

***

Работа и мощность силы



Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/tex_mex/22-dinamika_inercia/index.shtml

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.