Что такое инерция. Значение слова «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».

Слово Inertia в переводе с латыни означает бездеятельность, косность. В физике инерцией называют явление постоянства скорости (по модулю и направлению), если на тело не оказывают действие другие тела или их действие взаимно скомпенсировано. Явление инерции можно определить и иначе: инерция - это стремление тела сохранить без изменений сое состояние инерциальной системе отсчета. Инерцию считают неотъемлемым свойством материи.

Если на тело действует какая-либо сила, то тело изменяет скорость. Скорость своего движения тело не может изменить мгновенно, скорость изменяется постепенно.

Мерой инерции тела служит его масса.

Всякое тело, выведенное из состояния покоя, после прекращения на него воздействия будет двигаться по инерции. Но так думали не всегда. Еще четвертом веке Аристотель заявил о том, что все, что движется, движимо чем- то, естественное положение тела относительно Земли - это покой. Это мнение господствовало научных и около научных представлениях, почти две тысячи лет. Г. Галилей одним из первых пришел к объяснению причин равномерного и ускоренного перемещения тел и исследовал движение по инерции. Однако, представления Галилея были не верны, так как он утверждал, что тело на которое не действуют силы движется равномерно по окружности. Такие представления у ученого были сформированы после изучения движения небесных тел. Так как он считал, что небесные тела движутся сами по себе.

Закон инерции

Было бы правильно, говорить, что первым сформулировал закон инерции французский философ, математик Р. Декарт. Он писал о том, что любое тело пребывает одном состоянии до того момента пока не встретится с другим телом. И в другом своем законе Декарт говорит, что любая частица стремится двигаться исключительно по прямой. Однако, Декарт дал формулировки своих законов не зная о силах гравитации и скорее по наитию, чем опираясь на факты, поэтому считают, что закон инерции, который мы знаем, сформулировал И. Ньютон:

Каждое тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно, относительно любой инерциальной системы отсчета, до того момента пока действие на него других тел не заставит его изменить свое состояние.

Закон инерции является важным и независимым законом. Он отображает возможность определить пригодность системы отсчета для рассмотрения движения в динамическом и кинематическом смыслах. Он стал первым шагом при установлении основных законов классической механики.

Движение по инерции является обязательно равномерным и прямолинейным. Такое движение можно считать аналогичным покою, так как всегда можно выбрать такую инерциальную систему отсчета, которая бы перемещалась со скоростью рассматриваемого тела и в ней тело будет покоиться.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

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.

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.

2.2. Отчего зависит инерция.

2.3. Где можно наблюдать инерцию.

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.

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.»

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 собраны опыты, фокусы и эксперименты для детей от 2-х до 10 лет.

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.

Открытие инерции

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. 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 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*м 2 . Обобщенная формула следующая:

Здесь m i - это масса точек тела, r i - 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 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 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 а 0 относительно инерциальной, действует сила F. Для такой неинерциальной системы уравнение-аналог второго закона Ньютона имеет вид:

Где а 0 - это ускорение тела с массой m , что вызвано действием силы F относительно неинерциальной системы отсчета; F ін - 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 F ін возникает не по причине 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 F ср не станет такой, что равна произведению массы шарика m на ее нормальное ускорение a п = -ω 2 R, то есть F ср = -mω 2 R , 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 F ср, на шарик действует сила инерции F cf , которая направлена вдоль радиуса от оси вращения диска. Сила, имеющая вид, как в формуле, представленной ниже, называется 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.