Примеры инерции

Определение и общие принципы инерции

Основная задача механики – это исследование движения тел относительно избранной системы отсчета и установка причин, которые определяют характер движения. Следует установить, в каких условиях тело перемещается по прямой линии, а в каких его траекторией является кривая, когда тело движется с постоянной скоростью, когда имеет ускорение.

Эксперимент устанавливает, что если тела взаимодействуют, то характер движения тел изменяется. Например, тело падает, при соприкосновении с Землей оно остановится или изменит направление своего движения на противоположное (подпрыгнет). Находящееся в покое, по отношению к Земле, тело самостоятельно никогда не станет перемещаться само, оно начнет движение только под действием другого тела.

Следует заметить, что вывод о том, что взаимодействие тел ведет к изменению их скорости перемещения. Так, Аристотель считал, что само движение возможно только во взаимодействии с другими телами. Причиной ошибки служило то, что Земля в то время считалась неподвижным центром Вселенной. Состояние покоя относительно Земли считалось естественным, а движение вынужденным состоянием, для которого необходимо воздействие внешних сил.

К концу XIV века проблема движения была актуализирована, так как развивалась артиллерия, и следовало объяснить законы движения снарядов. Кроме этого появилась гелиоцентрическая система Коперника, в которой центром Вселенной стало Солнце, а Земля – это рядовая планета, вращающаяся вокруг него. Возник вопрос: что толкает Землю и другие планеты, заставляя двигаться миллиарды лет? Требовало объяснения тот факт, что люди не чувствуют вращения Земли и оторвавшись от Земли человек опустится в ту же точку, откуда, например, подпрыгнул.

Первое верное, но неполное решение проблемы представил Галилей. Идея мысленного эксперимента с телом, на которое не воздействуют никакие тела, дала возможность ученому выдвинуть гипотезу инерциального движения тела. Галилей был прав, когда предположил, что по инерции тело может двигаться равномерно и прямолинейно, но ошибся, когда решил, что тело может двигаться равномерно по окружности.

Закон инерции

Закон инерции окончательно сформулировал Ньютон (первый закон Ньютона): Если на тело не действуют другие тела, то скорость его перемещения не изменяется по модулю и направлению (тело движется равномерно и прямолинейно или покоится).

Движение по инерции – это перемещение по кратчайшему пути, в свободном пространстве кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая. Если мы утверждаем, что тело находится в покое, то покой считать абсолютным нельзя. Это состояние тела только относительно отдельной системы отсчета, которая сама движется относительно других тел.

В результате существования инерции, подпрыгнув вверх в вагоне мы опустимся на тоже место. Стоя на полу вагона, перемещающегося с постоянной скоростью, мы обладаем такой же скоростью. Подпрыгнув вверх, мы сохраним горизонтальную скорость без изменения, так как в направлении горизонта на нас не действуют другие тела. Следовательно, за момент прыжка мы проходим по горизонтали такой же путь, как и вагон, и возвращаемся в туже точку, с которой мы совершили прыжок. Аналогично можно рассмотреть наше движение вместе с Землей.

По инерции перемещаются тела, которые бросили. Бросая камень, мы сообщаем ему некоторую скорость в момент броска. В том случае, если бы сопротивления воздуха и силы притяжения к Земле не было бы, то камень мог бы двигаться по инерции без изменения скорости по модулю и направлению бесконечно долго.

Если заставить тело скользить по поверхности, то чем более гладкая поверхность, тем медленнее уменьшает скорость тело. На гладком льду тело скользит долго, не изменяя скорость. Трение можно уменьшить до минимума (почти до нуля) если использовать воздушную подушку (струю воздуха, которая будет поддерживать тело над поверхностью, вдоль которой идет движение).

Подведем итоги. Инерцией называют явление, при котором скорость тела остается неизменной, если на него не действуют другие тела или их действие взаимно компенсируются. Inertia — от латинского бездеятельность, косность.

Явление инерции становится очевидным тогда, когда изменяется величина или направление скорости движения. Так, при уменьшении скорости движения автомобиля, особенно, если это происходит резко, водитель и пассажиры отклоняются вперед, продолжая движение. Если резко затормозить при езде на велосипеде, то можно перелететь через его руль вперед. Инерция – это свойство материи, все тела обладают свойством инерции.

Если любое тело вывести из состояния покоя, то после прекращения воздействия на него, оно будет двигаться по инерции. Явление инерции проявляется повсюду.

Примеры решения задач на инерцию

ПРИМЕР 1

Задание

Приведите примеры инерциальных систем отсчета. Является ли система отсчета, связанная с Землей инерциальной?

Решение

Для начала дадим определение инерциальной системы отсчета. Инерциальной системой отсчета называют такую систему отсчета, относительно которой свободное тело (тело на которое не оказывают воздействие другие тела) покоится или движется равномерно и прямолинейно называется инерциальной. Любая другая система отсчета, которая перемещается относительно инерциальной с постоянной по модулю и направлению скоростью, тоже является инерциальной. Инерциальной системой отсчета можно считать систему, в которой начало координат совмещают с центром Солнца, оси координат направлены к неподвижным звездам (рис.1). Такую систему называют гелиоцентрической. Систему отсчета, связанную с поверхностью Земли можно считать инерциальной только условно, так как Земля вращается вокруг собственной оси, значит, имеет ускорение. Система отсчета, которую жестко связывают с центром Земли, более близка к инерциальной, так как ее ускорение при движении вокруг Солнца существенно меньше, чем центростремительное ускорение при вращении Земли вокруг оси.