Setrvačnost

Setrvačnost (z lat.  setrvačnost  - klid, nečinnost, stálost, neměnnost ) - vlastnost tělesa setrvávat v některých, nazývaných inerciální [1] , vztažných soustavách v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu za nepřítomnosti vnějších vlivů [1] [2] , stejně jako zabránit změně jeho rychlosti (jak modulu, tak směru [3] ) za přítomnosti vnějších sil v důsledku jeho setrvačné hmoty .

Kvantitativně je vztah mezi dopadem na těleso a změnou jeho pohybu dán vzorcem druhého Newtonova zákona [4] :

.

Zde je síla působící na tělo, je to setrvačná hmotnost a je to rychlost těla.

Pojem „setrvačnost“ je synonymem pro jeden z významů pojmu setrvačnost [1] (jiné významy druhého se nevztahují na fyziku).

Formulace

Existenci inerciálních vztažných soustav v klasické mechanice předpokládá první Newtonův zákon , který se také nazývá zákon setrvačnosti . Jeho klasickou formulaci podal Newton ve své knize Principia Mathematica of Natural Philosophy :

Každé těleso je i nadále drženo ve stavu klidu nebo rovnoměrném a přímočarém pohybu, dokud a do té míry, dokud není aplikovanými silami nuceno tento stav změnit.

Moderní, přesnější formulace zákona je:

Existují takové vztažné soustavy , nazývané inerciální (ISO), vzhledem k nimž jsou hmotné body , když na ně nepůsobí žádné síly (nebo působí vzájemně vyvážené síly), v klidu nebo rovnoměrném přímočarém pohybu .


Fyzická encyklopedie [1] .

Pro první Newtonův zákon můžete napsat jeho matematickou formulaci, která má následující tvar

kde je i - tá síla působící na hmotný bod (MT) a je jeho rychlost. Jinými slovy, tento vzorec říká, že v IFR, při absenci sil působících na daný MT, se velikost a směr jeho rychlosti nemění.

Vztažné soustavy, ve kterých je splněn zákon setrvačnosti, se nazývají inerciální vztažné soustavy (ISR). Všechny ostatní vztažné soustavy (například rotující nebo pohybující se se zrychlením vzhledem k inerciálním) se nazývají neinerciální, resp.

Pojem inerciální vztažné soustavy je idealizace , tedy nějaký ideální objekt uvažovaný místo skutečného objektu (dalšími příklady idealizace jsou například absolutně tuhé těleso nebo neroztažitelné beztížné vlákno). Reálné referenční systémy jsou vždy spojeny s nějakým objektem nebo objekty a korespondence skutečně pozorovaného pohybu těles v takových systémech s výsledky výpočtů bude neúplná. Přitom přesnost takové abstrakce v pozemských podmínkách je velmi vysoká.

V neinerciálních vztažných soustavách není splněn zákon setrvačnosti. Pohyb těles v neinerciálních vztažných soustavách lze nicméně popsat pohybovými rovnicemi podobnými tvaru jako v inerciálních soustavách, pokud spolu se silami způsobenými vzájemnou interakcí těles vzniknou další členy a čistě kinematický původ jsou zavedeny do rovnic a žádná interakce těles není nevhodná. Takto formálně zavedené veličiny se nazývají setrvačné síly [5] [6] .

Historie

Starověcí řečtí vědci, soudě podle spisů, které se k nám dostaly, přemýšleli o důvodech dokončení a ukončení hnutí. Aristotelova „Fyzika“ (4. století př. n. l.) uvádí následující úvahy o pohybu v prázdnotě [7] :

Nikdo nebude schopen říci, proč se [tělo] uvedené do pohybu někde zastaví, protože proč by se zastavilo spíše tady než tam? Proto musí být buď v klidu, nebo se pohybovat do nekonečna.

V jiném díle „Mechanika“, připisovaném Aristotelovi, se však uvádí [8] :

Pohybující se těleso se zastaví, když se zastaví síla, která ho tlačí.

Pozorování skutečně ukázala, že tělo se zastavilo, když síla, která ho tlačila, ustala. Nebyl zohledněn přirozený odpor vnějších sil (tření, odpor vzduchu atd.) vůči pohybu tlačeného tělesa. Proto Aristoteles spojoval neměnnost rychlosti pohybu jakéhokoli tělesa s neměnností síly, která na něj působí.

Pouze o dvě tisíciletí později Galileo Galilei (1564-1642) dokázal tuto chybu „ aristotelské fyziky “ napravit. Ve svém díle „Rozhovory o dvou nových vědách“ Galileo napsal [8] :

... rychlost jednou udělená pohybujícímu se tělesu bude přísně zachována, protože vnější příčiny zrychlení nebo zpomalení jsou eliminovány, což je podmínka, která se vyskytuje pouze ve vodorovné rovině, protože v případě pohybu dolů po nakloněné rovině existuje již příčinou zrychlení, zatímco při pohybu po nakloněné rovině nahoru dochází ke zpomalení; z toho plyne, že pohyb na vodorovné rovině je věčný.

Tento úsudek nelze odvodit přímo z experimentu, protože nelze vyloučit všechny vnější vlivy (tření atd.). Proto zde Galileo poprvé aplikoval metodu logického myšlení, založenou na přímých pozorováních a podobnou matematické metodě důkazu „rozporem“. Pokud je sklon roviny k horizontále příčinou zrychlení tělesa pohybujícího se po ní a zpomalení tělesa pohybujícího se po ní nahoru, pak při pohybu po vodorovné rovině nemá těleso důvod zrychlovat nebo zpomalovat - a musí být ve stavu rovnoměrného pohybu nebo klidu.

Galileo tedy jednoduše a jasně dokázal vztah mezi silou a změnou rychlosti (zrychlením), a nikoli mezi silou a rychlostí samotnou, jak věřili Aristoteles a jeho následovníci. Tento objev Galilea vstoupil do vědy jako zákon setrvačnosti . Galileo však umožňoval volný pohyb nejen po přímce, ale i po kruhu (zřejmě z astronomických důvodů). V roce 1638 Ital Baliani objasnil zákon setrvačnosti a naznačil, že při absenci vnějších vlivů je přirozená dráha tělesa přímka. Ve své moderní podobě zákon setrvačnosti formuloval Descartes . Newton začlenil zákon setrvačnosti do svého systému zákonů mechaniky jako první zákon .

Související pojmy

Galileův princip relativity : ve všech inerciálních vztažných soustavách probíhají všechny mechanické procesy stejně (pokud jsou počáteční podmínky pro všechna tělesa stejné). V referenční soustavě uvedené do stavu klidu nebo rovnoměrného přímočarého pohybu vzhledem k inerciální vztažné soustavě (podmíněně „v klidu“) probíhají všechny procesy přesně stejným způsobem jako v klidové soustavě.

Setrvačná hmotnost  je ve fyzice mírou setrvačnosti tělesa, ukazatelem toho, zda dané těleso ve větší či menší míře zabrání změně své rychlosti vzhledem k inerciální vztažné soustavě při působení vnějších sil. Setrvačná hmotnost se objevuje ve vyjádření druhého Newtonova zákona , který je nejdůležitějším zákonem klasické mechaniky .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 Setrvačnost // Fyzická encyklopedie / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Sovětská encyklopedie , 1990. - T. 2. - S. 146. - 704 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ Velká ruská encyklopedie  : [ve 35 svazcích]  / kap. vyd. Yu. S. Osipov . - M  .: Velká ruská encyklopedie, 2004-2017.
  3. ↑ T.I. Trofimov. Fyzika. - Moskva: "Akademie", 2012.
  4. ↑ Konopleva N.P. O vývoji konceptu setrvačnosti (Newton, Mach, Einstein) // Einsteinova sbírka 1975-1976. - M., Nauka, 1978. - str. 216-244
  5. ↑ Kurz obecné fyziky Saveljev IV . T. 1. Mechanika. Molekulární fyzika. - M.: Nauka, 1987. - S. 118-119.
  6. ↑ Landsberg G.S. Elementární učebnice fyziky. Svazek 1. Mechanika. Teplo. Molekulární fyzika. - M.: Nauka, 1975. - C. 292
  7. ↑ Fyzika (Aristoteles)/Kniha 4/Kapitola 8
  8. ↑ 1 2 Einstein A., Infeld L. Evoluce fyziky . - M .: Nauka, 1965. - S.  10 -12.

Literatura

Nové odkazy na výzkum:

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie