Ось біда: велосипедист наїжджає на камінь та падає з велосипеда. Або вершник злітає з коня, якщо той різко зупинився. Чому так відбувається, допомагає зрозуміти таке явище як інерція.
Поняття інерція у формулюваннях Галілея та Ньютона
Галілео Галілей та Ісаак Ньютон зробили свій внесок у розвиток такого розділу фізики, як механіка. Не дивно, що кожен з них запропонував своє формулювання.
| Галілео Галілей | Ісаак Ньютон | |
| Формулювання закону інерції | Коли тіло рухається горизонтальною поверхнею, не зустрічаючи жодного опору руху , то його рух – рівномірно, і тривало б постійно, якби площина сягала в просторі без кінця. | Будь-яке тіло продовжує утримуватися у своєму стані спокою або рівномірного і прямолінійного руху, поки і оскільки воно не примушується прикладеними силами змінити цей стан. |
| Визначення інерції | Інерція — це фізичне явище, при якому тіло зберігає свою швидкість постійною або спочиває, якщо на нього не діють інші тіла. | Інерція – це фізичне явище збереження швидкості тіла постійної, якщо на нього не діють інші тіла або їх дія компенсована. |
Варіанти формулювання не суперечать один одному і говорять по суті про те саме, просто різними словами — вибирайте ту, що вам подобається більше.
Сила: перший закон Ньютона
У повсякденному житті ми часто зустрічаємо, як будь-яке тіло деформується (змінює форму чи розмір), прискорюється чи сповільнюється, падає. Загалом чого тільки з різними тілами в реальному житті не відбувається. Причина будь-якої дії чи взаємодії – сила.
| Сила– Це фізична векторна величина, яка описує взаємодію тіл. Вона вимірюється в Ньютонах (на честь Ісаака Ньютона, зрозуміло). Сила – величина векторна. Це означає, що, крім модуля, вона має напрямок. Від того, куди спрямовано силу, залежить результат. |
От стоїте ви на лонгборді: можете відштовхнутися вправо, а можете вліво – залежно від того, в який бік відштовхнетеся, результат буде різний . У разі результат виявляється у напрямі руху.
Тепер знаючи, що таке сила, ми можемо повернутися до ньютонівського формулювання закону інерції — він же, Його Величність, перший закон Ньютона:
Існують такі системи відліку, щодо яких тіло зберігає свою швидкість постійною, у тому числі рівною нулю, якщо дія на нього інших сил відсутня або компенсована.
| Перший закон Ньютона Якщо R=0, то v = constv=const R — результуюча сила, сума всіх сил, що діють на тіло [Н] v – швидкість [м/с] const – постійна величина |
У цьому законі зустрічається таке словосполучення, як «система відліку». Воно вивчається на початку курсу фізики, але там це поняття читають у контексті «такі системи відліку». Напрошується питання: які такі системи відліку?
Системи відліку: інерційні та неінерційні
Щоб описати рух, нам потрібні три штуки:
- тіло відліку, щодо якого визначаємо місце розташування інших тіл;
- система координат: у шкільному курсі ми використовуємо прямокутну декартову систему координат;
- годинник, щоб виміряти час.
Спільно ці три опції утворюють систему відліку:
- Інерційна система відліку — система відліку, в якій всі тіла рухаються прямолінійно і рівномірно, або спочивають.
- Неінерційна система відліку — система відліку, в якій тіла рухаються з прискоренням.
Розглянемо різницю між цими системами відліку на прикладі завдання.
Аеростат — літальний апарат на картинці нижче — рухається рівномірно і прямолінійно паралельно горизонтальній дорозі, якою рівноприскорено рухається автомобіль.
Виберіть правильне твердження:
- Система відліку, пов’язана з аеростатом, є інерційною, а система відліку, пов’язана з автомобілем, інерційною не є.
- Система відліку, пов’язана з автомобілем, є інерційною, а система відліку, пов’язана з аеростатом, інерційною не є.
- Система відліку, пов’язана з будь-яким із цих тіл, є інерційною.
- Система відліку, пов’язана з будь-яким із цих тіл, не є інерційною.
Рішення:
Система відліку, пов’язана із землею, інерційна. Так, планета рухається і обертається, але для всіх процесів поблизу планети цим можна знехтувати. У всіх завданнях систему відліку, пов’язану із землею, можна вважати інерційною.
Оскільки система відліку, пов’язана із землею інерційна, будь-яка інша система, яка рухається відносно землі рівномірно і прямолінійно або спочиває — за першим законом Ньютона теж інерційна.
Рух аеростата задовольняє цій умові, оскільки він рівномірний і прямолінійний, а рівноприскорений рух автомобіля – ні. Аеростат – інерційна система відліку, а автомобіль – неінерційна.
Відповідь: 1.
Інерція спокою
На столі лежить аркуш паперу . На нього поставили склянку і різко висмикнули аркуш паперу з-під нього. Склянка майже не рушила.
Те, що склянка залишилася у стані спокою, можна пояснити законом інерції, тому що «швидкість залишається постійною, у тому числі рівною нулю». В даному випадку інерція спокою – це здатність тіла зберігати стан повного механічного спокою і “опиратися” будь-яким зовнішнім впливам. Тобто та частина закону інерції, в якому швидкість дорівнює нулю.
Так, наприклад, якщо вибивати пил з килима, то на килим-літак ваш улюблений предмет інтер’єру не перетвориться — разом із пилом не полетить.
Інерція руху
У разі руху ми беремо ту частину першого закону Ньютона, в якій швидкість постійна, але не дорівнює нулю. Тут ми відкриємо здатність тіла до руху, який був викликаний силою, яка припинила свою дію на тіло.
Повернемося до самого початку:
| Велосипедист наїжджає на камінь і падає з велосипеда. Завдяки інерції швидкість велосипедиста зберігається, незважаючи на те, що сам велосипед не їде далі. Наїзник злітає з коня, якщо той зупинився. Це теж відбувається через інерцію — швидкість наїзника залишається постійною, при цьому сам кінь зупиняється. |
Світ не ідеальний
На жаль, а може бути і на щастя, ми не живемо у світі, в якому всі тіла рухаються прямолінійно та рівномірно. Через це інерція в реальному житті неможлива, тому що завжди є тертя, опір повітря та інші фактори, що перешкоджають руху.
Куля, що вилетіла з рушниці, продовжувала б рухатися, зберігаючи свою швидкість, якби на її не діяло інше тіло – повітря. Тому швидкість кулі зменшується.
Велосипедист, переставши працювати педалями, зміг би зберегти швидкість свого руху, якби на велосипед не діяло тертя. Тому, якщо педалі не крутити, швидкість велосипедиста зменшується, і він зупиняється.
