Tehetetlenség

Tehetetlenség ( lat.  inertia  - nyugalom, inaktivitás, állandóság, változtathatatlanság ) - a test azon tulajdonsága, hogy valamilyen, inerciálisnak [1] , nyugalmi vonatkoztatási rendszerben maradjon, vagy külső hatások hiányában egyenletes egyenes vonalú mozgásban [ 1 ] [2] , valamint megakadályozza sebességének (modulusban és irányában [3] ) változását külső erők hatására a tehetetlenségi tömege miatt .

Mennyiségileg a testre gyakorolt ​​hatás és mozgásának változása közötti összefüggést Newton második törvényének képlete adja meg [4] :

.

Itt a testre ható erő, a tehetetlenségi tömeg és a test sebessége.

A "tehetetlenség" fogalma egyet jelent a tehetetlenség fogalmának [1] egyik jelentésével (ez utóbbi más jelentései nem vonatkoznak a fizikára).

Megfogalmazás

Az inerciális vonatkoztatási rendszerek létezését a klasszikus mechanikában Newton első törvénye feltételezi , amelyet tehetetlenségi törvénynek is neveznek . Klasszikus megfogalmazását Newton adta meg Principia Mathematica of Natural Philosophy című könyvében :

Minden testet továbbra is nyugalmi állapotban vagy egyenletes és egyenes vonalú mozgásban tartanak mindaddig, amíg az alkalmazott erők rá nem kényszerítik ezen állapot megváltoztatására.

A törvény modern, pontosabb megfogalmazása a következő:

Léteznek olyan vonatkoztatási rendszerek , amelyeket inerciálisnak (ISO) neveznek, és amelyekhez képest az anyagi pontok nyugalomban vagy egyenletes egyenes vonalú mozgásban vannak , amikor nem hatnak rájuk erők (vagy kölcsönösen kiegyensúlyozott erők hatnak) .


Fizikai enciklopédia [1] .

Newton első törvényéhez megírhatja annak matematikai megfogalmazását, amelynek a következő alakja van

ahol az anyagi pontra ható i -edik erő (MT), és a sebessége. Más szóval ez a képlet azt mondja, hogy IFR-ben egy adott MT-re ható erők hiányában a sebességének nagysága és iránya nem változik.

Azokat a vonatkoztatási rendszereket, amelyekben a tehetetlenség törvénye teljesül, inerciális vonatkoztatási rendszernek (ISR) nevezzük. Az összes többi vonatkoztatási rendszert (például az inerciálishoz képest gyorsulással forgó vagy mozgó) nem inerciálisnak nevezzük.

Az inerciális vonatkoztatási rendszer fogalma az idealizálás , vagyis valamilyen ideális tárgy, amelyet egy valós objektum helyett tekintenek meg (az idealizálás egyéb példái pl. egy abszolút merev test vagy egy nyújthatatlan súlytalan szál). A valódi referenciarendszereket mindig valamilyen objektumhoz vagy objektumokhoz társítják, és az ilyen rendszerekben a testek ténylegesen megfigyelt mozgásának megfeleltetése a számítások eredményeivel nem lesz teljes. Ugyanakkor egy ilyen absztrakció pontossága földi körülmények között nagyon magas.

Nem inerciális vonatkoztatási rendszerekben a tehetetlenségi törvény nem teljesül. Mindazonáltal a nem inerciális vonatkoztatási rendszerben lévő testek mozgása leírható az inerciarendszerekben használthoz hasonló formájú mozgásegyenletekkel, ha a testek egymás közötti kölcsönhatásából adódó erőkkel együtt további feltételek tisztán kinematikai eredetet vezetnek be az egyenletekbe, és nincs helytelen testek kölcsönhatása. Az ilyen formálisan bevezetett mennyiségeket tehetetlenségi erőknek [5] [6] nevezzük .

Történelem

Az ókori görög tudósok, a hozzánk eljutott írásokból ítélve, a mozgalom befejezésének és megszűnésének okain gondolkodtak. Arisztotelész „Fizikája” (Kr. e. 4. század) a következő érvelést adja az űrben való mozgásról [7] :

Senki sem fogja tudni megmondani, hogy [egy mozgásba lendült test] miért áll meg valahol, mert miért állna meg inkább itt, mint ott? Ezért vagy nyugalomban kell lennie, vagy a végtelenségig mozognia kell.

Egy másik, Arisztotelésznek tulajdonított „Mechanika” műben azonban ez áll [8] :

A mozgó test akkor áll meg, ha az őt nyomó erő megáll.

A megfigyelések valóban azt mutatták, hogy a test megállt, amikor megszűnt a nyomóerő. Nem vették figyelembe a külső erők (súrlódás, légellenállás stb.) természetes ellenállását a tolt test mozgásával. Ezért Arisztotelész összefüggésbe hozta bármely test mozgási sebességének változatlanságát a rá ható erő invarianciájával.

Csak két évezreddel később Galileo Galilei (1564-1642) tudta kijavítani az „ arisztotelészi fizika ” ezt a hibáját. "Beszélgetések két új tudományról" című munkájában Galilei ezt írta [8] :

... a mozgó testnek egyszer megadott sebesség szigorúan megmarad, mivel a gyorsulás vagy lassulás külső okai megszűnnek, ez az állapot csak vízszintes síkon található, mert ferde síkban lefelé történő mozgás esetén már a gyorsulás oka, míg ferde síkban haladva felfelé lassulás tapasztalható; ebből következik, hogy a vízszintes síkon való mozgás örök.

Ez az ítélet nem vezethető le közvetlenül a kísérletből, mivel lehetetlen kizárni minden külső hatást (súrlódás, stb.). Ezért Galilei itt alkalmazta először a közvetlen megfigyeléseken alapuló logikus gondolkodás módszerét, amely hasonló a matematikai „ellentmondásos” bizonyítási módszerhez. Ha egy sík dőlése a vízszinteshez az oka a lefelé haladó test gyorsulásának és a rajta felfelé haladó test lassulásának, akkor vízszintes sík mentén haladva a testnek nincs oka gyorsulni vagy lassítani. és egyenletes mozgású vagy nyugalmi állapotban kell lennie.

Így Galilei egyszerűen és egyértelműen bizonyította az erő és a sebesség (gyorsulás) változása közötti kapcsolatot, nem pedig maga az erő és a sebesség, ahogy Arisztotelész és követői hitték. Galilei ezen felfedezése a tehetetlenség törvényeként lépett be a tudományba . Galilei azonban nem csak egyenes vonalban, hanem körben is megengedte a szabad mozgást (nyilván csillagászati ​​okokból). 1638-ban az olasz Baliani tisztázta a tehetetlenségi törvényt, jelezve, hogy külső hatások hiányában a test természetes pályája egyenes. Modern formájában a tehetetlenség törvényét Descartes fogalmazta meg . Newton első törvényként a tehetetlenség törvényét építette be mechanikai törvényrendszerébe .

Kapcsolódó fogalmak

Galilei relativitáselmélete : minden inerciális vonatkoztatási rendszerben minden mechanikai folyamat ugyanúgy megy végbe (ha a kezdeti feltételek minden testre azonosak). Az inerciális vonatkoztatási rendszerhez képest nyugalmi állapotba vagy egyenletes egyenes vonalú mozgásba hozott vonatkoztatási rendszerben (feltételesen „nyugalomban”) minden folyamat pontosan ugyanúgy megy végbe, mint egy nyugalmi rendszerben.

A tehetetlenségi tömeg  egy test tehetetlenségének mértéke a fizikában, annak mutatója, hogy egy adott test kisebb vagy nagyobb mértékben megakadályozza-e a sebessége megváltozását a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerhez képest, ha külső erőknek van kitéve. A tehetetlenségi tömeg Newton második törvényének kifejezésében jelenik meg, amely a klasszikus mechanika legfontosabb törvénye.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 Tehetetlenség // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Szovjet Enciklopédia , 1990. - T. 2. - S. 146. - 704 p. — 100.000 példány.  — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ Nagy Orosz Enciklopédia  : [35 kötetben]  / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M .  : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
  3. ↑ T. I. Trofimov. Fizika. - Moszkva: "Akadémia", 2012.
  4. ↑ Konopleva N.P. A tehetetlenség fogalmának fejlődéséről (Newton, Mach, Einstein) // Einstein-gyűjtemény 1975-1976. - M., Nauka, 1978. - p. 216-244
  5. ↑ Saveljev IV . Általános fizika tanfolyam. T. 1. Mechanika. Molekuláris fizika. - M .: Nauka, 1987. - S. 118-119.
  6. ↑ Landsberg G.S. Alapfokú fizikatankönyv. 1. kötet. Mechanika. Hő. Molekuláris fizika. - M .: Nauka, 1975. - C. 292
  7. ↑ Fizika (Arisztotelész)/4. könyv/8. fejezet
  8. ↑ 1 2 Einstein A., Infeld L. A fizika evolúciója . - M . : Nauka, 1965. - S.  10 -12.

Irodalom

Új kutatási linkek:

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák