Явление инерции, теория и примеры
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
Из практики реальной жизни мы знаем, что тело не может изменить свою скорость самостоятельно. В IV веке Аристотель писал о том, что все движущееся движимо чем-то. Авторитет Аристотеля был очень велик, и только спустя 2 тысячи лет Галилей показал, что если на тело не оказывают воздействие другие тела, то оно находится в покое или может двигаться равномерно и прямолинейно. При этом такое движение происходит бесконечно долго. Чем меньше действие других тел, тем меньше изменяется скорость перемещения тела, тем ближе движение к равномерному.
Определение инерции
Явлением инерции 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.
Если любое тело вывести из состояния покоя, то после прекращения воздействия на него, оно будет двигаться по инерции.
Движение тела, если равнодействующая сил, приложенных к нему равна нулю, называют движением по инерции.
Так, пуля, вылетевшая из дула пистолета двигалась бы бесконечно долго с постоянной скоростью, если бы на нее не действовал воздух, создавая силу трения. По инерции движется ракета, удаленная от всех небесных тел после того как у нее выключили двигатели.
Закон инерции
Выводы Галилея были обобщены И. Ньютоном, который сформулировал закон инерции (или первый закон Ньютона):
Каждое тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно, относительно любой инерциальной системы отсчета, до того момента пока действие на него других тел не заставит его изменить свое состояние.
Закон инерции является важным и независимым законом. Он отображает возможность определить пригодность системы отсчета для рассмотрения движения в динамическом и кинематическом смыслах. Он стал первым шагом при установлении основных законов классической механики.
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Примеры инерции в физике
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
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
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
Что такое инерция? – Объяснение с примерами – Teachoo
Последнее обновление: 30 марта 2023 г.
, Teachoo
Что такое инерция?
Это свойство тела, благодаря которому оно сопротивляется изменению
Это изменение может быть
изменение состояния покоя
или
изменение состояния движения
Различные примеры инерции
Когда машина резко заводится, пассажиры отъезжают назад
Когда автомобиль резко трогается с места, нижняя часть тела, соприкасающаяся с автомобилем, приходит в движение. Но верхняя часть еще покоится из-за инерции. Следовательно, пассажир движется назад.
Когда автомобиль нажимает на тормоз, пассажиров толкает вперед
Когда автомобиль резко останавливается, нижняя часть тела, соприкасающаяся с автомобилем, останавливается. Но верхняя часть все еще движется по инерции. Таким образом, пассажира толкают вперед.
Когда висящий ковер бьют палкой, пыль падает
Когда ковер бьют, он приходит в движение.
Но частицы пыли остаются в покое из-за инерции. Таким образом, пыль падает за счет силы тяжести
Когда дерево сильно трясут, его плоды и листья падают.
Когда дерево трясется, оно приходит в движение. Но плоды и листья остаются в покое по инерции. Таким образом, они падают из-за силы тяжести
Когда машина/автобус делает крутой поворот, мы, как правило, падаем на бок.
Когда автомобиль совершает крутой поворот, нижняя часть кузова, которая соприкасается с автомобилем, также совершает крутой поворот. Но верхняя часть по-прежнему движется прямолинейно по инерции. Следовательно, пассажир падает на бок
Опасно выпрыгивать из движущегося автобуса.
Когда мы прыгаем из движущегося автобуса, наши ноги, соприкасающиеся с землей, останавливаются. Но наша верхняя часть тела остается в
движение по инерции.
Какие объекты имеют большую инерцию – Тяжелые или Легкие?
Тяжелые объекты имеют большую инерцию, чем более легкие.
Пример 1
Легче бросить маленький камень, чем тяжелый
Пример 2
Если мы бросим 2 мяча, один теннисный мяч и другой мяч для крикета с одинаковой силой
Мяч для крикета проходит меньшее расстояние, чем мяч для тенниса, потому что он тяжелее.
Мы можем сказать, что мяч для крикета имеет большую инерцию, чем мяч для тенниса, поэтому он оказывает большее сопротивление изменению положения покоя.
Вопросы
1 Страница 118 – Что из нижеперечисленного имеет большую инерцию:
а) резиновый мяч и камень одинакового размера?
б) велосипед и поезд?
в) монета в пять рупий и монета в одну рупию?
Посмотреть ответ
В 3 Страница 118 – Объясните, почему некоторые листья могут оторваться от дерева, если мы сильно потрясем его ветку.
Посмотреть ответ
В 4 Страница 118 – Почему вы падаете вперед, когда движущийся автобус тормозит до остановки, и падаете назад, когда он разгоняется из состояния покоя?
Посмотреть ответ
NCERT Вопрос 2 – Когда ковер бьют палкой, из него выходит пыль. Объяснять.
Посмотреть ответ
NCERT Вопрос 3 – Почему рекомендуется привязывать любой багаж, хранящийся на крыше автобуса, веревкой?
Посмотреть ответ
Инерция: определение, формула, примеры и закон
Представьте, что вы бьете мяч ногой по земле. Он пройдет определенное расстояние, в зависимости от того, как сильно вы махнете ногой, и остановится. Это не будет продолжаться вечно из-за сил трения. Однако если бы вы находились глубоко в открытом космосе и ударили по тому же мячу, он продолжал бы двигаться с той скоростью, с которой вы его ударили, вечно (по крайней мере, до тех пор, пока он не столкнулся бы с чем-то или не взаимодействовал с гравитационным полем большой массы).
Это потому, что все объекты с массой инерция , что означает, что они не изменят свое состояние движения, если на них не воздействует внешняя сила. Они также останутся в покое, если их оставить в покое. Продолжайте продвигаться по этой статье со своей инерцией!
Инерция Определение
Инерция — это тенденция объекта сопротивляться изменению состояния его движения.
Объекты в покое и в движении обладают инерцией.
Чтобы заставить объект двигаться или остановить движущийся объект, на объект должна действовать результирующая сила. Чистая сила вызывает ускорение . Силы, воздействующие на объект, можно легко визуализировать с помощью диаграммы свободного тела , как показано ниже. Длина каждой стрелки представляет величину силы. Силы одинаковой величины, направленные в противоположных направлениях, будут уравновешивать друг друга, но если они разные, то будет результирующая сила, которая вызовет ускорение или замедление.
Например, если автомобиль движется по дороге, на него действуют следующие силы:
- Тяга от двигателя \( F_E\)
- Качение Трение от шин по дороге \( F_F\)
- A Сопротивление Сила, вызванная сопротивлением воздуха \( F_D\) 1 Сила тяжести \( F_G \)
- A нормальная реакция сила от земли \( F_N \)
Все эти силы можно считать действующими в центре масс автомобиля.
Силы, действующие на автомобиль, можно представить в виде диаграммы свободного тела.
Сила, необходимая для данного ускорения, прямо пропорциональна инерции объекта. Инерция зависит от массы тела. Меньшие тела с малой инерцией могут быть ускорены небольшой силой. На Земле большинство объектов в конечном итоге перестают двигаться из-за сил трения. В отсутствие трения, например, в космическом вакууме, объекты будут продолжать двигаться бесконечно из-за своей инерции.
Скатерть можно вытащить из-под накрытого обеденного стола простым быстрым движением. Эта посуда и столовые приборы останутся на своих местах благодаря своей инерции.
Закон инерции
Объекты в состоянии покоя останутся в покое, а объекты в движении будут продолжать двигаться. Изменение движения произойдет только тогда, когда на объект действует результирующая сила. Ждать! Разве мы не слышали это где-то раньше? Первый закон движения Ньютона также называют l законом инерции .
Тело, находящееся в состоянии покоя или движущееся с постоянной скоростью по прямой, будет оставаться в покое или продолжать двигаться по прямой с постоянной скоростью, если на него не действует внешняя неуравновешенная сила.
Все, что имеет массу, обладает инерцией, поэтому нам нужно приложить внешнюю силу, чтобы произвести или остановить движение. Массу не следует путать с весом объекта. Вес – это сила, возникающая, когда масса присутствует в гравитационном поле, таком как поле Земли.
Помните, что масса тела всегда постоянна, а вес будет зависеть от гравитационного поля, в котором оно находится. масса, но не имеют веса.
Уравнение инерции
Как упоминалось выше, инерция объекта — это его тенденция сопротивляться изменению движения. Когда движение объекта изменяется, говорят, что оно ускоряется. Ускорение вызывается результирующей силой, и это было подытожено Ньютоном во втором законе, который можно сформулировать так: как чистая сила.
Закон Ньютона можно также выразить уравнением 92\). Обратите внимание, что сила и ускорение являются векторами, и оба эти вектора указывают в одном и том же направлении.
Векторные величины имеют как величину, так и направление.
Это уравнение говорит о том, что ускорение объекта прямо пропорционально действующей на него чистой силе, при этом константой пропорциональности является масса. Однако мы можем посмотреть на это уравнение по-другому. Если мы перестроим его, чтобы найти ускорение через силу и массу следующим образом
$$\vec a=\frac {\vec F}{m}.
$$
Предположим, что мы прикладываем заданную силу к ряду объектов с разными массами. Это уравнение говорит о том, что ускорение объекта обратно пропорционально его массе, поэтому объекты с большей массой будут испытывать меньшее ускорение — у них будет большее сопротивление изменению в движении! Это возвращает нас к тому, что мы утверждали ранее, что инерция объекта зависит от его массы.
Усэйн Болт достигает своей максимальной скорости \( 12\, \mathrm m/\mathrm s\) после \( 7\, \mathrm s\) при беге с места. Он весит \( 94\, \mathrm{kg} \) и его ускорение приблизительно постоянно. Какова средняя ускоряющая сила, которую он прикладывает к земле ногами?
Рис. 1. Усэйн Болт ускоряется, отталкиваясь ногами от пола
Уравнение ускорения имеет вид
$$a=\frac{\Delta v}{\Delta t},$$
где \( \Delta v \) представляет собой изменение скорости, а \( \Delta t \) представляет собой изменение во времени. Используя значения максимальной скорости Болта и время, необходимое для достижения этой скорости, его ускорение можно найти равным 9.
2=160\;\mathrm N$$
Типы инерции
На самом деле существует два типа инерции. Тип, который мы обсуждали до сих пор, — это инерция линейного движения (движение по прямой линии). Однако существует и другой тип инерции, связанный с объектами при вращательном движении .
Момент инерции
Момент инерции объекта – это его тенденция сопротивляться изменению его вращательного движения вокруг оси вращения.
Называется “ момент” инерции, потому что эта инерция действует на расстоянии от центра вращения. Линейная инерция действует от центра масс объекта. Точно так же, как мы обнаружили, что объект с большей массой будет испытывать меньшее ускорение для при заданной силе объект с большим моментом инерции будет испытывать меньшее угловое ускорение при заданном крутящем моменте
крутящий момент — это сила, вызывающая вращение.
0003
Если объект может вращаться вокруг оси, он будет испытывать угловое ускорение относительно этой оси, если будет приложен крутящий момент . Крутящий момент возникает из-за чистой силы, действующей на расстоянии от оси вращения, и определяется как:
$$\tau=Fr,$$
где \( F \) – сила в \( \mathrm N \) и \( r \) – перпендикулярное расстояние линии действия силы от оси вращения в \( \mathrm m \). Крутящий момент измеряется в единицах \(\mathrm{N\,m} \). Используя второй закон Ньютона для силы, это уравнение принимает следующий вид:
$$\tau=mar.$$
Крутящий момент вызывает угловое ускорение, поэтому нам нужно иметь угловое ускорение в уравнении, чтобы найти взаимосвязь между ними. Угловое ускорение \( \alpha \) может быть выражено через линейное ускорение объекта и его расстояние от оси вращения следующим образом:
$$\alpha=\frac ar,$$
, которые можно преобразовать в:
$$a=\alpha r.$$
Затем это можно подставить в приведенное выше уравнение для крутящего момента, чтобы найти взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением как: 92.
$$
Момент инерции вращающегося тела зависит от распределения его масс. Чем больше масса сосредоточена дальше от оси вращения, тем больше момент инерции на единицу массы. Некоторые моменты инерции различных однородных форм приведены в таблице ниже.
| Номер формы | Форма | Момент инерции |
| 1 | 9002 r 9 0 Масса точки, вращающаяся вокруг радиуса \) |
Инерция Примеры
Два бруска толкают по столу без трения с одинаковой силой \( F \). Блок \( 1 \) имеет массу \( M \), а блок \( 2 \) имеет массу \( 2M \). Если ускорение блока \( 1 \) равно \( a_1 \), то каково ускорение блока \( 2 \), \( a_2 \) в единицах \( a_1 \)? Какой блок имеет более высокую инерцию?
Для этого вопроса нам нужно использовать уравнение второго закона Ньютона,
$$F=ma.$$
Нас просят найти ускорение, поэтому уравнение следует изменить, чтобы получить
$$a=\frac Fm,$$
поэтому мы можем найти \(a_1 \) как
$$a_1=\frac FM$$
и \(a_2 \) как
$$a_2= \frac F{2M}.
$$
Нам нужно найти \( a_2 \) через \( a_1 \). Для этого мы можем сначала выразить \( a_2 \) как
$$a_2=ka_1$$
, где \( k \) — числовая константа. Это выражение можно преобразовать, чтобы найти \(k \) как
$$k=\frac{a_2}{a_1}=\frac{\displaystyle\frac F{2M}}{\displaystyle\frac FM}=\frac М{2М}=\frac12,$$
Итак, мы нашли \( a_2 \) через \( a_1 \):
$$a_2=\frac{a_1}{2}.$$
Это означает, что ускорение блока \( 2 \ ) составляет половину ускорения блока \( 1 \), поэтому он имеет большее сопротивление изменению движения и, следовательно, большую инерцию. Это ожидаемо, так как блок \( 2 \) имеет большую массу.
Фрисби вращается в воздухе при броске. Если фрисби имеет массу \(0,2\;\mathrm кг\) и радиус \(0,2\;\mathrm м\), каков ее момент инерции относительно центра? Фрисби можно представить как диск однородной массы. 92.$$
Инерция – основные выводы
- Инерция – это тенденция объекта сопротивляться изменению его состояния покоя или движения.
