Quán tính là gì? Ý nghĩa của từ "quán tính". Quán tính của một cơ thể cứng nhắc. Xác định thời điểm quán tính

Từ kinh nghiệm hàng ngày chúng ta có thể khẳng định kết luận sau: tốc độ và hướng chuyển động của cơ thể có thể thay đổi chỉ trong thời gian tương tác của nó với cơ thể khác. Điều này dẫn đến hiện tượng quán tính, mà chúng tôi thảo luận trong bài viết này.

quán tính là gì? quan sát cuộc sống ví dụ

Hãy xem xét các trường hợp bất kỳ cơ thể ở giai đoạn ban đầu của thí nghiệm đã có trong chuyển động. Sau đó chúng ta sẽ thấy rằng việc giảm tốc độ và dừng lại cơ thể không thể diễn ra mà không được phép, vì lý do đó là ảnh hưởng đến ông thân thể khác.

Bạn có thể có nhiều hơn một lần quan sát cách hành khách người đi du lịch trong giao thông công cộng, đột nhiên nghiêng về phía trước trong phanh hoặc ép trên mặt của nó trên một bước ngoặt. Tại sao? Giải thích thêm. Khi nào, ví dụ, các vận động viên chạy một khoảng cách nhất định, họ đang cố gắng để phát triển tốc độ tối đa. Chạy qua vạch đích, nó đã có thể, chứ không phải chạy, nhưng bạn không thể dừng ngắn, và do đó vận động viên chạy vài mét, có nghĩa là, thực hiện coasting.

Từ các ví dụ trên có thể kết luận rằng tất cả các cơ quan có một tính năng để giữ tốc độ và hướng chuyển động, mà không thể đồng thời ngay lập tức thay đổi chúng sau này hành động của một cơ thể. Chúng ta có thể giả định rằng trong sự vắng mặt của những hành động bên ngoài của cơ thể và duy trì tốc độ và hướng chuyển động chừng nào bạn muốn. Vì vậy, quán tính là gì? vận tốc cơ quan này bảo tồn hiện tượng trong sự vắng mặt tiếp xúc với các cơ quan khác.

Mở quán tính

một tài sản của cơ quan đó phát hiện, các nhà khoa học Ý Galileo Galilei. Dựa trên các thí nghiệm và lý luận của họ, ông lập luận: nếu cơ thể không phản ứng với các cơ quan khác, nó ở trong trạng thái bình tĩnh, hoặc di chuyển thống nhất. khám phá của mình trong khoa học như một định luật quán tính, nhưng chi tiết hơn xây dựng nó Rene Dekart và Isaak Nyuton đã được thực hiện trong hệ thống của pháp luật.

Thực tế thú vị: quán tính, định nghĩa của điều này đã dẫn chúng ta đến Galileo, được xem xét trong cổ Hy Lạp Aristotle, nhưng vì thiếu sự phát triển của khoa học, những từ ngữ chính xác không được trao. luật đầu tiên của Newton nói: có
hệ quy chiếu tôn trọng mà cơ thể trong đó di chuyển đều đặn duy trì tốc độ của nó thường xuyên nếu nó không hoạt động bất kỳ cơ quan khác với. Formula quán tính trong một và tóm tắt ẩn nhưng dưới đây chúng tôi cung cấp cho nhiều công thức khác tiết lộ đặc điểm của nó.

quán tính của cơ quan

Chúng ta đều biết rằng tốc độ của con người, ô tô, tàu hỏa, tàu hoặc các cơ quan khác tăng dần, khi họ bắt đầu di chuyển. Tất cả các bạn đã thấy sự ra mắt của tên lửa trên truyền hình hoặc cất cánh của máy bay tại sân bay - họ tăng tốc độ là không choppy, nhưng dần dần. Giám sát, cũng như hàng ngày thực tế cho thấy rằng tất cả các thi thể một chung tính năng: tốc độ chuyển động của cơ thể trong quá trình của họ tương tác đang thay đổi dần dần, và do đó họ cần phải thay đổi trong một thời gian. Tính năng này của điện thoại được gọi là quán tính.

Tất cả các cơ thể trơ, nhưng không phải tất cả các quán tính tương tự. Của hai cơ quan tương tác nó sẽ cao hơn theo thứ tự, trong đó sẽ có được một khả năng tăng tốc thấp hơn. Vì vậy, ví dụ, khi bắn súng trở nên ít khả năng tăng tốc hơn so với hộp mực. Khi lực đẩy lẫn nhau của người lớn và trẻ em một trượt băng nghệ thuật người lớn nhận được một tốc thấp hơn so với trẻ em. Điều này cho thấy rằng quán tính của một người trưởng thành hơn.

Để đặc trưng cho quán tính cơ quan đã nhập một giá trị đặc biệt - trọng lượng cơ thể, nó thường được ký hiệu bằng chữ m. Để có thể so sánh khối lượng của các cơ quan khác nhau, khối lượng của bất kỳ trong số họ cần được coi là đơn vị. sự lựa chọn của mình có thể tùy ý, nhưng nó phải thuận tiện cho việc sử dụng thực tế. Các đơn vị SI khối lượng mất tài liệu tham khảo đặc biệt được làm từ một hợp kim cứng của bạch kim và iridium. Nó được tất cả chúng ta tên nổi tiếng - kg. Cần lưu ý rằng quán tính của một cơ thể cứng nhắc là 2 loại: các tịnh tiến và quay. Trong trường hợp đầu tiên, các biện pháp quán tính là khối lượng, trong lần thứ hai - thời điểm quán tính, mà chúng ta sẽ thảo luận sau.

men quán tính

Vì vậy, gọi là đại lượng vật lý vô hướng. Các đơn vị SI của men quán tính là kg · m ^2. Một công thức tổng quát như sau:

Ở đây, m _i - là khối lượng của các điểm của cơ thể, r _i - là khoảng cách từ cơ thể để các điểm trục z trong hệ tọa độ không gian. Trong việc giải thích bằng lời nói chúng ta có thể nói rằng thời điểm của quán tính được xác định bởi tổng của các sản phẩm của hàng loạt tiểu nhân với bình phương của khoảng cách đến các thiết lập cơ bản.

Có một công thức, đặc trưng bởi một khoảnh khắc nào đó của quán tính:

Có dm - khối tế bào, r - khoảng cách từ các yếu tố với trục dm z. Bằng lời nói có thể được xây dựng như sau: các men quán tính của hệ thống các điểm vật chất, hoặc tương đối so với cơ thể cực (điểm) - là tổng đại số của các sản phẩm của quần chúng của các điểm vật chất tạo nên cơ thể, bởi bình phương của khoảng cách của họ đến cực 0.

Điều đáng nói rằng có 2 loại mô men quán tính - trục và ly tâm. Ngoài ra còn có một điều như những khoảnh khắc chính của quán tính (GMI) (đối với các trục chính với). Như một quy luật, chúng luôn luôn khác nhau. Bây giờ chúng ta có thể tính toán mô men quán tính đối với nhiều cơ quan (xi lanh, đĩa, hình cầu, hình nón, hình cầu, và vân vân.), Nhưng chúng tôi sẽ không đi sâu vào sự tinh tế của tất cả các công thức.

hệ thống tài liệu tham khảo

Luật đầu tiên của Newton xử lý chuyển động thẳng thống nhất, có thể được nhìn thấy chỉ trong một khung nhất định của tài liệu tham khảo. Thậm chí một phân tích gần đúng của các hiện tượng cơ học cho thấy rằng luật quán tính không được thực hiện trong mọi hệ quy chiếu.

Hãy xem xét một thí nghiệm đơn giản: chúng tôi đưa bóng vào lưới trên bàn ngang trong xe và quan sát chuyển động của nó. Nếu một con tàu đang ở trong một trạng thái của tâm đối với Trái Đất với, và quả bóng sẽ giữ bình tĩnh miễn là chúng ta không hành động trên nó bằng cách khác cơ thể (ví dụ, bàn tay). Do đó, trong một hệ thống tài liệu tham khảo được liên kết với Trái Đất, luật quán tính giữ.

Hãy tưởng tượng rằng con tàu sẽ đi từ Trái Đất thống nhất và thẳng. Sau đó, trong một hệ thống tài liệu tham khảo được liên kết với tàu, quả bóng sẽ lưu trạng thái của tâm, và một trong đó là gắn liền với Trái Đất, - trạng thái của chuyển động thẳng đều. Do đó, pháp luật của quán tính được thực hiện không chỉ trong hệ quy chiếu gắn liền với đất, mà còn trong tất cả các thân nhân di chuyển khác với Trái đất thống nhất và thẳng.

Bây giờ tưởng tượng rằng các tàu nhặt tốc độ nhanh hoặc đột ngột biến (trong mọi trường hợp, nó được tăng tốc tương đối so với Trái Đất). Sau đó, như trước đây, quả bóng vẫn duy trì một bộ đồng phục và chuyển động thẳng, mà ông đã có trước khi tàu chạy quá tốc độ. Tuy nhiên, đối với các tàu bóng với chính nó xuất phát từ một trạng thái bình tĩnh, mặc dù không có cơ thể sẽ suy diễn nó từ anh ấy. Điều này có nghĩa rằng trong hệ quy chiếu gắn liền với sự tăng tốc của tàu so với trái đất, pháp luật của quán tính bị hỏng.

Như vậy, khung, trong đó bạn là luật quán tính được gọi là quán tính. Và những người đang không được thực hiện, - phi quán tính. Xác định họ chỉ đơn giản là: nếu cơ thể di chuyển thống nhất trong một đường thẳng (trong một số trường hợp - là một sự điềm tĩnh), các quán tính hệ thống; nếu chuyển động không đồng đều - phi quán tính.

lực quán tính

Đây là một giá trị tương đối khái niệm, và vì vậy hãy thử càng nhiều càng tốt để xem xét nó một cách chi tiết. Dưới đây là một ví dụ. Bạn đứng lặng lẽ trong xe buýt. Đột nhiên anh bắt đầu di chuyển, và do đó tăng tốc. Bạn sẽ tựa lưng quá khứ. Nhưng tại sao? bạn đang kéo ai? Từ quan điểm của một người quan sát trên trái đất (hệ thống quy chiếu quán tính) bạn vẫn được giữ nguyên, trong khi thực hiện luật đầu tiên của Newton. Từ quan điểm của người quan sát xem trong xe buýt, bạn bắt đầu đi ngược, như thể dưới bất kỳ lực lượng. Trong thực tế, chân của bạn, được nối với nhau bằng ma sát với sàn của xe buýt, đi trước với nó, và bạn,
mất thăng bằng của mình, ông đã phải rơi trở lại. Vì vậy, để mô tả sự chuyển động của cơ thể trong một khung phi quán tính của tài liệu tham khảo là cần thiết để giới thiệu và đưa tài khoản của các lực lượng bổ sung mà hành động trên một phần của các mối quan hệ thân với một hệ thống như vậy. Những lực lượng là lực lượng quán tính.

Xin lưu ý rằng họ là hư cấu vì không có cơ thể đơn hoặc lĩnh vực này, dưới ảnh hưởng của mà bạn đã bắt đầu để di chuyển trong xe buýt. pháp luật của Newton với lực quán tính không áp dụng, tuy nhiên, để sử dụng chúng cùng với các lực lượng "thực" cho phép chúng ta mô tả chuyển động trong các hệ thống tham chiếu không quán tính tùy ý sử dụng các công cụ khác nhau. Đây là toàn bộ các điểm đầu vào lực lượng quán tính.

Vì vậy, bây giờ bạn biết thời điểm quán tính của quán tính và hệ thống quy chiếu quán tính, lực quán tính là gì. Di chuyển trên.

hệ thống chuyển động tịnh tiến

Giả sử rằng một số cơ thể trong một tổ chức phi quán tính tham khảo khung chuyển động với gia tốc ₀ so với lực quán tính đóng vai trò F. Đối với một tương tự phương trình phi quán tính định luật II Newton có dạng:

Trong trường hợp ₀ - một tốc cơ thể có khối lượng m, được gây ra bởi lực F tương ứng với một khung phi quán tính của tài liệu tham khảo; _Іn F - lực _{quán tính.} Lực F ở phía bên phải bên là "thật" theo nghĩa là nó là kết quả tương tác của các chất rắn chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt của các tọa độ và vận tốc của Tương tác nguyên liệu điểm mà không thay đổi từ một khung hình khác, di chuyển translationally. Vì vậy, nó không thay đổi và lực F. Đó là bất biến đối với quá trình chuyển đổi như vậy với. Và ở đây nảy sinh _іn F không phải vì sự tương tác của các cơ quan, nhưng vì sự chuyển động gia tốc của hệ quy chiếu, đó là lý do nó đang thay đổi tại một sự chuyển đổi nhanh chóng sang một hệ thống khác nhau, vì vậy nó không phải là bất biến.

Lực ly tâm quán tính

Hãy xem xét các hành vi của các cơ quan trong một khung phi quán tính tham khảo. XOY quay tương đối so với hệ thống quán tính có nghĩa là chúng ta giả định Trái đất tại một ω vận tốc góc không đổi. Một ví dụ là hệ thống trong hình bên dưới.

Trên cho thấy đĩa, nơi thanh toả tròn cố định và mặc một chiếc bóng màu xanh, "trói" với trục ổ đĩa của sợi dây đàn hồi. Cho đến khi quay đĩa, dây thừng không bị biến dạng. Tuy nhiên, tháo các hạt đĩa dần sợi dây thừng kéo dài cho đến _cf. lực đàn hồi F không trở thành như vậy mà bóng là sản phẩm có khối lượng m ở tốc bình thường của nó một _n = -ω ² R, ví dụ: F = -mω _x ² _R, trong đó R - là bán kính của vòng tròn trong đó mô tả các bóng đèn trong vòng xoay xung quanh hệ thống.

Nếu góc đĩa vận tốc ω vẫn không đổi, và quả bóng sẽ dừng chuyển động đối với OX trục với. Trong trường hợp này tương đối hệ thống tham chiếu XOY được kết hợp với đĩa, quả bóng sẽ ở trong trạng thái bình tĩnh. Này được giải thích bởi thực tế là trong hệ thống này, ngoài lực lượng F _Wed, hoạt động trên quán tính bóng F _cf, được đạo diễn cùng một bán kính từ trục đĩa quay. Sức mạnh, có hình thức, như trong công thức dưới đây, được gọi là các lực ly tâm quán tính. Nó có thể chỉ xảy ra trong xoay hệ quy chiếu.

lực Coriolis

Nó chỉ ra rằng khi cơ quan di chuyển so với khung quay tham chiếu, đối với họ, ngoài các lực lượng ly tâm quán tính, hoạt động có hiệu lực khác - Coriolis. Nó luôn luôn vuông góc với vectơ V tốc độ của cơ thể, có nghĩa là nó không thực hiện bất kỳ công việc trên cơ thể. Chúng tôi nhấn mạnh rằng lực lượng Coriolis thể hiện chỉ khi cơ thể đang chuyển động đối với một hệ quy chiếu phi quán tính, thực hiện chức năng quay. Công thức của nó là như sau:

Từ biểu thức (v * ω) được đưa ra bởi các sản phẩm vector của vector trong ngoặc đơn, sau đó có thể kết luận rằng sự chỉ đạo của lực Coriolis được xác định bởi quy tắc bàn tay phải trong mối quan hệ với họ. đơn vị của nó là:

Dưới đây Ө - là góc giữa các vectơ v và w.

Tóm lại

Quán tính - đó là một hiện tượng tuyệt vời mà hàng ngày ám ảnh mọi người là hàng trăm lần, thậm chí nếu chúng ta không chú ý đến nó. Chúng tôi nghĩ rằng bài báo đã đưa cho bạn câu trả lời quan trọng đối với những câu hỏi về những gì là quán tính, đó là sức mạnh và mô men quán tính, người phát hiện ra hiện tượng quán tính. Chắc chắn, nó là thú vị.