Kaj je vztrajnost? Pomen besede "vztrajnost". Inercija trdne snovi. Določitev momenta vztrajnosti

Iz vsakodnevnih izkušenj lahko potrdimo naslednji sklep: hitrost in smer gibanja telesa se lahko spremenita le med njeno interakcijo z drugim telesom. To ustvarja pojav inercije, o katerem bomo govorili v tem članku.

Kaj je vztrajnost? Primer opazovanja življenja

Razmislimo o primerih, ko telo v začetni fazi eksperimenta že poteka. Kasneje bomo videli, da se zmanjšanje hitrosti in ustavitev telesa ne morejo pojaviti samovoljno, ker je razlog ukrepanje drugega telesa na njem.

Verjetno ste opazovali, da se potniki, ki vozijo v prometu, nenadoma nagnejo naprej med zaviranjem ali pa jih pritiskajo na ostro obrnjeno smer. Zakaj? Razložili bomo še naprej. Ko na primer športniki vodijo določeno razdaljo, poskušajo razviti največjo hitrost. V teku ciljne črte ne morete niti zagnati, vendar se ne morete nenadoma ustaviti, zato športnik teče nekaj več metrov, to pomeni, da se premika po inerciji.

Iz zgornjih primerov lahko sklepamo, da imajo vsa telesa funkcijo vzdrževanja hitrosti in smeri gibanja, hkrati pa jih ne morejo nemudoma spreminjati kasneje z dejanjem drugega telesa. Lahko se domneva, da telo ob odsotnosti zunanjega delovanja ohrani tako hitrost kot smer gibanja, dokler je potrebno. Torej, kaj je vztrajnost? Ta pojav je ohranjanje hitrosti gibanja telesa v odsotnosti vpliva na druge telo.

Odprtje vztrajnosti

Ta lastnost teles je odkril italijanski znanstvenik Galileo Galilei. Na podlagi svojih eksperimentov in argumentov je trdil: če telo ne deluje z drugimi telesi, ostane bodisi v mirnem položaju bodisi se premika ravno in enakomerno. Njegova odkritja so vnesli znanost kot zakon o vztrajnosti, toda Rene Descartes ga je natančneje opredelil, Isaac Newton pa je v svoj sistem uvedel zakone.

Zanimivo dejstvo: vztrajnost, opredelitev katere nas je pripeljala do Galileja, je Aristotel štela tudi v antični Grčiji, vendar zaradi nezadostnega razvoja znanosti natančna formulacija ni bila podana. Newtonov prvi zakon navaja: obstajajo taki
referenčni okvir, pri katerem se telo, ki se premika naprej, ohranja svojo konstanto hitrosti, razen če na njeno delovanje vplivajo druga telesa. Formule vztrajnosti v enojni in generalizirani obliki manjkajo, vendar spodaj podamo številne druge formule, ki razkrivajo njene značilnosti.

Inertnost teles

Vsi to vemo človeška hitrost, vlak, vlak, ladja ali druga telesa se postopno povečujejo, ko se začnejo premikati. Vsi ste videli zagon raket na TV ali vzlet zrakoplova na letališču - povečajo hitrost ne s kreteni, ampak postopoma. Opazovanja, kot tudi vsakdanje prakse, kažejo, da imajo vsa telesa skupno značilnost: hitrost gibanja teles v procesu njihovega medsebojnega delovanja se postopoma spreminja in zato potrebuje nekaj časa, da jih spremeni. Ta značilnost teles se imenuje inercija.

Vsa telesa so inertna, vendar vsi nimajo enake vztrajnosti. Od obeh interaktivnih teles bo višja v tisti, ki bo dobila manj pospešek. Torej, na primer s pištolo dobi pištolo manjši pospešek kot vložek. Z vzajemnim odpuščanjem odraslega drsalca in otroka, odrasla oseba dobi manj pospešek kot otrok. To kaže, da je vztrajnost odraslega večja.

Za karakterizacijo inertnosti teles so uvedli posebno vrednost - maso telesa, navadno ga označuje s pismom m. Da bi lahko primerjali mase različnih teles, je masa ene od njih treba upoštevati za enoto. Njegova izbira je lahko poljubna, vendar bi morala biti primerna za praktično uporabo. V sistemu SI je ena enota vzela masa posebnega standarda, izdelanega iz trde zlitine platine in iridija. Za vse nas nosi dobro znano ime - kilogram. Treba je opozoriti, da je vztrajnost trdnega telesa dveh vrst: translacijska in rotacijska. V prvem primeru je merilo vztrajnosti masa, v drugem pa trenutek vztrajnosti, o katerem bomo kasneje govorili.

Trenutek vztrajnosti

To je ime skalarne fizične količine. V sistemu SI je enota merjenja momenta vztrajnosti kg * m². Splošna formula je naslednja:

Tukaj m_i - to je masa telesnih točk,r_i- to je razdalja od točk telesa do osi z v prostorskem koordinatnem sistemu. V besedni interpretaciji lahko rečemo: trenutek vztrajnosti je določen z vsoto produktov osnovnih mas, pomnoženih s kvadratom razdalje do osnovnega nabora.

Obstaja še ena formula, ki označuje opredelitev trenutka vztrajnosti:

Tukaj dm - masa elementa, r - razdalja od elementa dm do osi z. Ustno, lahko formuliramo kot: vztrajnostnim momentom masnih točk sistema, ali glede na pole telo (točka) - je algebraična vsota produktov mase pomembnih točkah, ki tvorijo telo, s kvadratom razdalje od 0 do pola.

Treba je omeniti, da obstajajo dve vrsti momentov vztrajnosti - aksialni in centrifugalni. Obstaja tudi to, kot glavni momenti vztrajnosti (GMI) (glede na glavne osi). Praviloma so vedno drugačni. Zdaj lahko izračunate momente vztrajnosti pri številnih telesih (cilinder, disk, krogla, stožec, krogla itd.), Vendar ne bomo šli v podrobnosti vseh formul.

Referenčni sistemi

V prvem Newtonovem zakonu smo govorili o enotnem rectilinearnem gibanju, ki ga lahko obravnavamo le v določenem referenčnem okviru. Celo približna analiza mehanskih pojavov kaže, da inercija ni izpolnjena v vseh referenčnih okvirih.

Razmislite o preprostem poskusu: postavite kroglico na vodoravno mizo v avto in si oglejte njegovo gibanje. Če je vlak v miru glede na Zemljo, bo žoga ostala mirna, dokler ne ukrepamo z drugim telesom (npr. Roko). Zato je v referenčnem okviru, ki je povezan z Zemljo, izpolnjen zakon o vztrajnosti.

Predstavljajte si, da bo vlak enakomerno in točno potoval glede na Zemljo. Potem bo v referenčnem okvirju, ki je povezan z vlakom, žogo ohranila stanje miru in v tisti, ki je povezana z Zemljo, stanje enotnega in pravilnega gibanja. Zato je zakon o vztrajnosti izpolnjen ne samo v referenčnem okviru, povezanem z Zemljo, ampak tudi v vseh drugih, ki se enakomerno in rektilno premikajo glede na Zemljo.

Zdaj si predstavljamo, da vlak hitro narašča ali se močno obrača (v vseh primerih se premika s pospeševanjem glede na Zemljo). Potem, kot prej, žoga obdrži uniformo in rectilinear motion, ki ga je imel pred pospeškom vlaka. Vendar pa v zvezi z vlakom kroglica izvira iz stanja miru, čeprav ni telesa, ki bi jo iz nje vodila. To pomeni, da je v referenčnem okviru, povezanem s pospeševanjem gibanja vlaka glede na Zemljo, kršen zakon o vztrajnosti.

Tako je referenčni okvir, v katerem ima inercijski zakon, imenovani inercialni. Tisti, v katerih ni izpolnjen, so neinterialni. Za njihovo opredelitev je preprosta: če se telo premika enakomerno in rektilno (v nekaterih primerih je to mirno), potem je inercialni sistem, če je gibanje neenotno, neinertijsko.

Sila vztrajnosti

To je precej dvoumen koncept, zato ga bomo poskusili obravnavati čim bolj podrobno. Naj navedem primer. Ti si tiho na avtobusu. Nenadoma se začne premikati, kar pomeni, da se pospešuje. Pobegnili ste mimo volje. Ampak zakaj? Kdo te je potegnil? Z vidika opazovalca na Zemlji (inercijski referenčni okvir) ostaneš na mestu, medtem ko se prvi Newtonov zakon izvaja. Z vidika opazovalca v samem avtobusu se začnete pomikati nazaj, kot da bi bilo pod določeno silo. Dejstvo je, da so se noge, ki so povezane s trenjnimi silami s tlemi avtobusa, skupaj z njim,
izguba ravnotežja, se je morala vrniti. Tako je za opis gibanja telesa v neinertialnem referenčnem sistemu potrebno uvesti in upoštevati dodatne sile, ki delujejo na telesne vezi s takim sistemom. Te sile so inercijske sile.

Treba je upoštevati, da so izmišljeni, saj ni nobenega telesa ali polja, na katerem ste se začeli gibati v avtobusu. Newtonovi zakoni se ne nanašajo na inercijske sile, vendar njihova uporaba skupaj z "resničnimi" sili omogoča opis gibanja poljubnih neinercialnih referenčnih okvirov z različnimi instrumenti. To je celotna točka inercijskega vnosa.

Torej, zdaj veste, kakšna je vztrajnost, trenutek vztrajnosti in inertni sistemi, inercijske sile. Nadaljujemo.

Progresivni sistemi gibanja

Nekaj ​​telesa, ki je v neinertialnem referenčnem okviru, se premika s pospeškom a₀sorazmerno inercialno deluje sila F. Za analogni neinercijski sistem ima analogna enačba Newtonovega drugega zakona obliko:

Kje a₀ Je pospešek telesa z maso m, ki je posledica delovanja sile F glede na neinertialni referenčni okvir-F_ín - inercijska sila_. F sila na desni strani je "pravi" v smislu, da je nastala interakcija trdnih snovi odvisno samo od razlike koordinat in hitrosti o stiku pomembnih točkah, ki se ne spreminjajo iz enega okvira v drugega, ki se gibljejo premočrtno. Zato se sila F. ne spremeni. Je v takšnem prehodu nespremenljiva. Toda F_ín Pojavi sene z razlogom interakcija teles, ampak zaradi pospešenega gibanja referenčnega okvira zaradi tega, kar se spreminja pri premikanju v drug pospešeni sistem, tako da ni invariantno.

Centrifugalna sila vztrajnosti

Razmislimo o ravnanju teles v neinertialnem referenčnem okviru. XOY se vrti glede na inercijski sistem, s katerim bomo vzeli Zemljo s konstantno kotno hitrostjo omega-. Primer je sistem na sliki spodaj.

Zgoraj je prikazan disk, na katerem je fiksirana radialno usmerjena palica, in vstavljena je tudi modra kroglica, ki je "vezana" na os diska z elastično vrvjo. Medtem ko se disk ne vrti, se vrv ne deformira. Ko pa je disk brez vijaka, se krogla postopoma razteza, dokler ni elastična sila F_Sre ne postane taka, da je enaka produktu mase krogle m na normalnem pospešku a_n = -omega-²R, to je F_Sre = -momega-²R, kjer je R polmer kroga, ki opisuje žogo, ko se vrti okoli sistema.

Če je kotna hitrost omega- disk ostane nespremenjen, potem se bo krogla prenehala gibati glede na os OX. V tem primeru bo glede na referenčni okvir XOY, ki je povezan z diskom, krogla v mirnem stanju. To se bo razložilo z dejstvom, da v tem sistemu, poleg moči F_Sre, žoga deluje na vztrajnostni krog F_cf,ki je usmerjena vzdolž polmera od osi vrtenja diska. Sila, ki ima obliko, kot v spodnji formuli, se imenuje centrifugalna sila inercija. Pojavijo se lahko samo v referenčnih okvirih.

Sila Coriolis

Izkazalo se je, da ko se telesa premikajo glede na vrteče referenčne okvire, na njih poleg centrifugalne sile vztrajnosti obstaja še ena sila - Coriolis. Vedno je pravokotno na vektor hitrosti telesa V, kar pomeni, da na tem telesu ne opravlja nobenega dela. Poudarjamo, da se sila Coriolisova manifestira samo, ko se telo premika glede na neinercialni referenčni okvir, ki se vrti. Njegova formula je naslednja:

Od izraza (v * omega-) je podana z vektorski produkt vektorjev v oklepaju, potem je mogoče sklepati, da je smer Coriolisova sile določijo pravila desnem glede nim.Ee modula je:

Tukaj je  kot med vektorji v in omega-.

Na koncu

Inercija je neverjeten fenomen, ki vsak dan vsakodnevno sledi stotinam krat, tudi če ga ne opazimo sami. Menimo, da je članek dal pomembne odgovore na vprašanja o tem, kaj je vztrajnost, da je moč in vztrajnostni momenti, ki so odkrili pojav inertsii.Uvereny, je bilo zanimivo.