Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий.
Обрати внимание!
По закону инерции, материальная точка сохраняет свою скорость при отсутствии воздействия на него внешних сил или при уравновешивании действия этих сил.
С явлением инерции мы сталкиваемся ежедневно, поэтому необходимо знать её положительные и отрицательные свойства. При ловле мяча нужно отступать по траектории движения, смягчая удар. Иначе можно получить травму. При торможении транспорта необходимо постараться продолжить движение по прежней траектории, чтобы избежать столкновения с деталями транспорта.
До принятия закона инерции древнегреческий учёный Аристотель и его последователи считали, что тело не может двигаться с постоянной скоростью без постоянного воздействия внешних сил.
Первым отверг такие представления Галилео Галилей. Он предположил, что в результате взаимодействий любого тела с другими телами происходят изменения скорости его движения. При отсутствии действия других тел скорость тела не изменяется ни по модулю, ни по направлению.
Таким образом, Галилей пришёл к выводу:
При отсутствии внешних воздействий тело может не только покоиться, но и двигаться прямолинейно и равномерно.
Внешние силы необходимы для компенсации потерь энергии из-за силы трения.
Обрати внимание!
После прекращения воздействий тело движется равномерно и прямолинейно по касательной к первоначальной траектории движения.
Если на тело не действуют силы или их действие скомпенсировано, то данное тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Закон инерции называют первым законом Ньютона, или первым законом механики.
Со временем выяснилось, что первый закон Ньютона выполняется не во всех системах отсчёта.
Проведём опыт. Подвесим над тележкой один шарик, а другой положим внутрь грузового отсека тележки. Запустим установку так, чтобы она двигалась по поверхности стола с постоянной скоростью в одном направлении (рис. 1).
Рис. 1. Опыт с тележкой на ровной горизонтальной поверхности
1. Сила тяжести первого шарика уравновешена силой натяжения троса, поэтому нет движения вертикального направления: T1→+m1g⃗ =m1a⃗
2. Сила тяжести второго шарика уравновешена силой реакции опоры, поэтому нет движения вертикального направления: N2→+m2g⃗ =m2a⃗
2. Сила тяжести всей системы тележки с шариками уравновешена силой реакции опоры (Земли), поэтому нет движения вертикального направления: N3→+(m1+m2+m3)g⃗ =(m1+m2+m3)a⃗
В горизонтальном направлении нет сил, которые бы изменяли скорости движения шариков и тележки. Поэтому скорость движения всей системы и каждого элемента в горизонтальном направлении постоянна: υ=const.
Но когда тележка попадёт на песочную насыпь (рис. 2), то она быстро остановится, так как её скорость быстро уменьшается. При снижении скорости шарики начинают двигаться относительно тележки по инерции. В этом случае изменение скорости шариков не связано с действием на них каких-либо сил.
Рис. 2. Опыт с тележкой на песочной насыпи
В системе отсчёта, связанной с тележкой, движущейся с ускорением (в данном случае с замедлением), закон инерции не выполняется.
Если тело относительно системы отсчёта имеет ускорение даже в отсутствие действия на него других тел или внешних сил, то в такой системе не выполняется закон инерции.
Первый закон Ньютона: всегда можно найти инерциальную систему отсчёта, в которой выполняется закон инерции: если на тело не действуют силы или их действие компенсировано, то тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться прямолинейно и равномерно.
Инерциальная система отсчёта (ИСО) — система отсчёта, в которой тела либо движутся прямолинейно и равномерно, либо покоятся.
Неинерциальными называют системы отсчёта, в которых закон инерции не выполняется.
Одно и то же тело может находиться в состоянии покоя в одной системе отсчёта и двигаться с ускорением в другой системе отсчёта.
Пример:
в самолёте, пикирующем вниз с ускорением свободного падения, пилот находится в состоянии покоя в системе отсчёта, связанной с самолётом. Одновременно в системе отсчёта, связанной с Землёй, этот пилот движется вместе с самолётом с ускорением свободного падения.
В большинстве вопросов о движении на поверхности Земли будем принимать Землю за систему отсчёта, потому что нарушения закона инерции для Земли как для системы отсчёта малы. Изучая движение планет будем выбирать для системы отсчёта Солнце и звёзды.
Всегда можно найти (выбрать) систему отсчёта, которая с заданной степенью точности является инерциальной.
Источники:
Рис. 1. Опыт с тележкой на ровной горизонтальной поверхности. © ЯКласс.
Рис. 2. Опыт с тележкой на песочной насыпи. © ЯКласс.