Инерция: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
Mikisavex (обсуждение | вклад) убрано почти дублирование + добавлена фраза о синонимичности понятий "инертность" и "инерция" |
Правка в термине Метки: с мобильного устройства из мобильной версии |
||
Строка 1: | Строка 1: | ||
{{другие значения}} |
{{другие значения}} |
||
{{Классическая механика}} |
{{Классическая механика}} |
||
'''Ине́рция''' (от {{lang-lat|inertia}} — покой, ''бездеятельность, постоянство, неизменность'') — свойство тела оставаться в некоторых [[Система отсчёта|системах отсчёта]] в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних [[Сила|воздействий]]<ref name="ФЭ">{{книга|автор=|часть=Инерция|ссылка часть=http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1359.html|заглавие=[[Физическая энциклопедия]]|оригинал=|ссылка=|викитека=|ответственный=Гл. ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]]|издание=|место=М.|издательство=[[Советская энциклопедия]]|год=1990|том=2|страницы=146|страниц=704|серия=|isbn=5-85270-061-4|тираж={{число|100000}}}}</ref><ref>{{БРЭ}}</ref>, а также препятствовать изменению своей скорости (как по модулю, так и по направлению<ref>{{Книга|автор=Т.И.Трофимов|заглавие=Физика|ответственный=|издание=|место=Москва|издательство="Академия"|год=2012|страницы=|страниц=|isbn=|isbn2=}}</ref>) при наличии внешних сил за счёт своей инертной [[масса|массы]]. |
'''Ине́рция''' (от {{lang-lat|inertia}} — Рамис лох, покой, ''бездеятельность, постоянство, неизменность'') — свойство тела оставаться в некоторых [[Система отсчёта|системах отсчёта]] в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних [[Сила|воздействий]]<ref name="ФЭ">{{книга|автор=|часть=Инерция|ссылка часть=http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1359.html|заглавие=[[Физическая энциклопедия]]|оригинал=|ссылка=|викитека=|ответственный=Гл. ред. [[Прохоров, Александр Михайлович|А. М. Прохоров]]|издание=|место=М.|издательство=[[Советская энциклопедия]]|год=1990|том=2|страницы=146|страниц=704|серия=|isbn=5-85270-061-4|тираж={{число|100000}}}}</ref><ref>{{БРЭ}}</ref>, а также препятствовать изменению своей скорости (как по модулю, так и по направлению<ref>{{Книга|автор=Т.И.Трофимов|заглавие=Физика|ответственный=|издание=|место=Москва|издательство="Академия"|год=2012|страницы=|страниц=|isbn=|isbn2=}}</ref>) при наличии внешних сил за счёт своей инертной [[масса|массы]]. |
||
Понятию «инерция» синонимично одно из значений понятия [[инертность]]<ref name="ФЭ"/> (другие значения последнего не относятся к физике). |
Понятию «инерция» синонимично одно из значений понятия [[инертность]]<ref name="ФЭ"/> (другие значения последнего не относятся к физике). |
Версия от 10:46, 9 марта 2020
Ине́рция (от лат. inertia — Рамис лох, покой, бездеятельность, постоянство, неизменность) — свойство тела оставаться в некоторых системах отсчёта в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних воздействий[1][2], а также препятствовать изменению своей скорости (как по модулю, так и по направлению[3]) при наличии внешних сил за счёт своей инертной массы.
Понятию «инерция» синонимично одно из значений понятия инертность[1] (другие значения последнего не относятся к физике).
Количественно соотношение между воздействием на тело и изменением его движения даётся формулой второго закона Ньютона[4]:
- .
Здесь - сила, действующая на тело, - инертная масса, - скорость тела.
С понятием инерции связано понятие инерциальных систем отсчёта.
Формулировка
Существование инерциальных систем отсчёта в классической механике постулируется первым законом Нью́тона, который также называется зако́ном ине́рции. Его классическую формулировку дал Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии»:
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Современная, более точная, формулировка закона:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными.
В неинерциальных системах отсчёта закон инерции не выполняется. Тем не менее движение тел в неинерциальных системах отсчёта можно описывать теми же уравнениями движения, что и в инерциальных, если наряду с силами, обусловленными воздействием тел друг на друга, учитывать силы инерции[5][6].
История
Древнегреческие учёные, судя по дошедшим до нас сочинениям, размышляли о причинах совершения и прекращения движения. В «Физике» Аристотеля (IV век до н. э.) приводится такое рассуждение о движении в пустоте[7]:
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.
Однако в другом труде «Механика», приписываемом Аристотелю, утверждается[8]:
Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает своё действие.
Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних 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.
Только через два тысячелетия Галилео Галилей (1564—1642) смог исправить эту ошибку «аристотелевской физики». В своем труде «Беседы о двух новых науках» Галилей писал[8]:
…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
Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т. п.). Поэтому, здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях и подобный математическому методу доказательства «от противного». Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх, то при движении по горизонтальной плоскости у тела нет причин ускоряться или замедляться — и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.
Таким образом, Галилей просто и ясно доказал связь между силой и изменением скорости (ускорением), а не между силой и самой скоростью, как считали Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как закон инерции. Однако, Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В 1638 году итальянец Балиани уточнил закон инерции, указав, что при полном отсутствии внешних воздействий естественной траекторией движения тела является прямая. В современном виде закон инерции сформулировал Декарт. Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон.
Смежные понятия
Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково (если начальные условия для всех тел одинаковы). В системе отсчёта, приведённой в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальной системы отсчёта (условно — «покоящейся»), все процессы протекают точно так же, как и в покоящейся системе.
Следует отметить, что понятие инерциальной системы отсчёта — абстрактная модель, то есть некий идеальный объект, рассматриваемый вместо реального объекта (другими примерами абстрактной модели служат абсолютно твёрдое 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 результатам расчётов будет неполным. В то же время точность подобной абстракции в земных условиях весьма велика.
Инертная масса — мера инертности тела в физике, показатель того, в большей или меньшей степени данное тело будет препятствовать изменению своей скорости относительно инерциальной системы отсчёта при воздействии внешних сил. Инертная масса фигурирует в выражении второго закона Ньютона, являющегося важнейшим законом классической механики.
См. также
- Законы Ньютона
- Сила инерции
- Момент инерции
- Принцип Маха
- Механика
- Гистерезис
- Теория импетуса
- Инертная масса
Примечания
- ↑ 1 2 3 Инерция // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 146. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
- ↑ Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
- ↑ Т.И.Трофимов. Физика. — Москва: "Академия", 2012.
- ↑ Коноплёва Н. П. Об эволюции понятия инерции (Ньютон, Мах, Эйнштейн) // Эйнштейновский сборник 1975-1976. - М., Наука, 1978. - с. 216-244
- ↑ Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 1. Механика. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1987. — С. 118—119.
- ↑ Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. — М.: Наука, 1975. — C. 292
- ↑ Физика (Аристотель)/Книга 4/Глава 8
- ↑ 1 2 Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. — М.: Наука, 1965. — С. 10-12.
Литература
- Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
- Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977.
- Кокарев С. С. Три лекции о законах Ньютона. Ярославль. Сб. трудов РНОЦ Логос, вып. 1, 45-72, 2006.
Ссылки новых исследований:
- Masreliez C. J., Motion, Inertia and Special Relativity — a Novel Perspective, Physica Scripta (2006).
- Masreliez C. J., On the origin of inertial force, Apeiron (2006).
- Masreliez, C J; Dynamic incremental scale transition with application to physics and cosmology, Physica Scripta (2007).