Инерция
1. Явление инерции. Закон инерции в формулировке Галилея
В 1632 году вышла книга итальянского ученого Галилео Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира» – Птолемея и Коперника. В одном из разделов этой книги есть такие слова:
«Когда тело движется по горизонтальной поверхности, не встречая никакого сопротивления движению, то… движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца».
В этой фразе описывается физическое явление, которое называется инерцией.
Рис. 1 Г. Галилей
Галилей приводит различные примеры, в которых доказывает, что подобное движение было бы не только равномерным, но и прямолинейным. А это означает, что неизменным остается не только численное значение, но и направление скорости. Другими словами, в ходе такого движения постоянным остается вектор скорости.
Сформулируем закон инерции так, как он звучал во времена Галилея.
Тело сохраняет свою скорость постоянной, или покоится, если на него не действуют другие тела.
Подтвердить справедливость этого утверждения на опыте невозможно, так как невозможно создать такие идеальные условия, когда на тело не действуют никакие другие тела. А если условия приближены к идеальным, то только потому, что действие других тел скомпенсировано.
Телега будет находиться в состоянии покоя, пока на нее не подействует другое тело (лошадь).
Рис. 2. Телега будет находиться в покое, пока с ней не начнет взаимодействовать лошадь
Пуля будет находиться в стволе пистолета, пока на нее не подействуют пороховые газы.
Рис. 3. Пуля приходит в движение вследствие взаимодействия с пороховыми газами
2. Закон инерции в формулировке Ньютона
В 1687 году английский ученый Исаак Ньютон предлагает свою интерпретацию закона инерции.
Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
Рис. 4 И. Ньютон
Немного позднее мы выясним, что сила – это физическая величина, описывающая действие одного тела на другое. Поэтому можно сказать:
«Инерция – это физическое явление сохранения скорости тела постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано».
3. Примеры проявления закона инерции
Когда автобус начинает свое движение от остановки, пассажиры отклоняются назад. И наоборот, при резком торможении, стремясь сохранить свою прежнюю скорость, пассажиры отклоняются вперед. Бывает, что для того, чтобы уменьшить свою скорость до значения скорости автобуса, им приходится крепко держаться за сидения (то есть взаимодействовать с сидением для изменения своей скорости).
Рис. 5. При разгоне автобуса пассажиры наклоняются назад, при торможении – вперед
Когда лошадь внезапно останавливается, то неопытный наездник может перелететь через ее голову вперед.
Рис. 6. Резко остановившись, лошадь может сбросить неопытного наездника
То же бывает и с велосипедистом, при слишком резком нажатии на передний тормоз или при наезде на крупное препятствие.
Рис. 7. Наезд велосипеда на препятствие грозит падением через руль
Проведите такой простой опыт. Положите на стакан небольшую открытку, а на открытку положите монету.
Рис. 8. Опыт со стаканом и монетой.
Если резким щелчком сбоку привести открытку в движение, то монета по инерции почти не сдвинется и упадет в стакан.
Все это – демонстрации явления инерции.
4. Что, если действие других тел на данное тело не скомпенсировано?
Опыт, аналогичный описанному ниже, в свое время проводил Галилео Галилей.
С наклонной плоскости скатывается шарик и далее движется по гладкому горизонтальному столу. Поскольку стол гладкий, то скорость шарика изменяется очень медленно, его движение приближено к равномерному прямолинейному. Но если на пути движения шарика возникнет небольшое препятствие – тонкий слой песка, – характер движения изменится. Скорость шарика быстро уменьшится вплоть до полной остановки.
Рис. 9. Взаимодействие с песком изменяет скорость катящегося шарика
Сделаем вывод. Чем меньше действие одного тела на другое, тем медленнее изменяется скорость тела и тем ближе движение тела к равномерному прямолинейному.
5. Заключение
Подведем итог нашего урока. Инерция (от латинского inertia – неподвижность, бездеятельность) это физическое явление, которое проявляется в том, что изменить скорость тела можно, только подействовав на него другим телом. В противном случае тело будет сохранять свою скорость, то есть двигаться равномерно и прямолинейно (или находиться в покое).