в чем заключается свойство инертности
Свойство инертности и масса тела
Когда мы играем с мячом, нам кажется, что стоит его ударить рукой или ногой, и он мгновенно полетит в нужную сторону. Если же мяч налетит на стену, то в тот же миг отскочит назад. Похоже на правду?
 |
Проверим наше мнение кинематографическим методом: заснимем движение мяча на киноплёнку и рассмотрим его положения на получившихся кадрах (см. рисунок).
Вот мяч приближается к стене (кадр 1). Вот он её касается (2), значит, на следующем кадре мяч должен полететь обратно. Нет! Мяч летит дальше, сплющиваясь всё сильнее (3). И на следующем кадре мяч всё плотнее приближается к стене (4). И лишь после этого, распрямляясь, летит обратно (кадры 5–7). Как видите, мяч не мгновенно меняет скорость, останавливаясь при ударе и разгоняясь в обратном направлении.
Не только упругий мяч, но и вообще любое тело не мгновенно изменяет свою скорость – для этого всегда требуется некоторое время. Например, нагруженный самосвал дольше разгоняется и тормозит, чем тот же самосвал, но без груза.
В физике свойство тела сопротивляться мгновенному изменению направления и/или быстроты движения, то есть изменению скорости, называют инертностью тела. Для изменения скорости тела с большей массой нужно больше времени, то есть инертность тела проявляется тем заметнее, чем больше его масса.
Как вы понимаете, гравитационное притяжение и инертность тела – это совершенно разные свойства. Для их характеристики правильнее было бы использовать две разные физические величины: гравитационную массу и инертную массу. Однако эксперименты не обнаружили их различия, что позволяет нам оба этих свойства каждого тела характеризовать одной величиной – массой.
Рассмотрим опыт. Имеются две одинаковые тележки с упругими пластинками; на левой тележке находится «взвешиваемое» тело, а на правой – гири. Подкатим тележки друг к другу, согнув пластинки между ними и перевязав их тонкой нитью. Если её пережечь, пластинки начнут распрямляться, отталкивая друг друга. При этом тележки разъедутся в стороны, приобретя некоторые скорости. Говорят, что произошло взаимодействие тележек.
 |
Если масса гирь на правой тележке мала, то за время взаимодействия она приобретёт большую скорость, чем тележка с телом. И наоборот: при избыточной массе гирь скорость тележки с ними будет меньше, чем скорость тележки с телом. Подбирая массу гирь, можно заставить тележки разъезжаться с одинаковыми скоростями. Это значит, что в этом случае масса тела равна массе гирь. Подсчитав массу гирь, мы найдём массу тела.
Весами и методом взвешивания мы не можем воспользоваться в условиях невесомости, поскольку ни тело, ни гири не будут давить на чаши весов. Однако метод взаимодействия в этом случае вполне применим, так как даже в условиях невесомости можно наблюдать взаимодействие тележек и сравнивать их скорости.
Инерция
Всего получено оценок: 131.
Всего получено оценок: 131.
Механика описывает движение и взаимодействие макроскопических тел. Одним из базовых понятий в этом разделе физики является понятие инерции. На его основе был сформулирован первый закон механики Ньютона, устанавливающий существование инерциальных систем отсчета. Определение термина «инерция» — сохранение телами скорости, если на них не действуют другие тела.
Явление инерции
Для любого человека привычно, что брошенный камень при отрыве от руки продолжает движение и летит самостоятельно, хотя сила руки на него уже не действует.
Явление, заключающееся в том, что тела сохраняют свою скорость, когда на них не действуют другие тела, называется явлением инерции.
Примерами инерции могут служить не только брошенные камни, но и любые другие предметы, движущиеся свободно и необязательно прямолинейно. Раскрученный маховик также вращается некоторое время по инерции, и на этой основе даже существуют игрушки с инерционным механизмом, которые могут довольно долго двигаться после запуска.
Явление инерции далеко не так очевидно, как кажется. Например, для легких тел, вроде пуха, инерция, казалось бы, отсутствует. Более того, со времен Аристотеля считалось, что для того, чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно, необходимо постоянное действие внешней силы.
Лишь в эпоху Возрождения появилось сомнение в правоте античных философов. Г. Галилей сформулировал закон инерции, который звучит следующим образом: в отсутствие влияния других тел тело всегда сохраняет либо состояние покоя, либо прямолинейного и равномерного движения. Поэтому такое движение, которое совершается телом без влияния других тел называется «движением по инерции». В дальнейшем это утверждение было обобщено И. Ньютоном в его первом законе механики.
Заблуждение античных философов базируется на том факте, что в реальном мире, как правило, невозможно создать условия, при которых тело не испытывало бы влияния других тел. Всегда существуют как минимум две силы, воздействующие на движущееся тело: сила тяжести и сила трения. И если влияние силы тяжести можно исключить, двигаясь перпендикулярно ее вектору, то силу трения исключить практически невозможно. Для больших скоростей и для тел большой поверхности (по сравнению с весом) существенное значение также приобретает сила сопротивления воздуха, поэтому формулы движения должны ее учитывать.
Инертность тел
При сравнении движения тел по инерции под действием сопротивления среды можно заметить, что это движение может быть различно, даже если сопротивление среды будет одинаковым.
Например, если взять металлический и пенопластовый шарики одинакового размера, то после броска металлический шарик пролетит значительно дальше пенопластового, хотя начальная скорость и размеры обоих шариков (а значит, и сила сопротивления) будут одинаковы. Различие в поведении шариков здесь объясняется тем, что они имеют различную инертность.
Инертность тел — это свойство, состоящее в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время, тем большее, чем больше инертность тела. Мерой инертности тел является специальная физическая величина — масса.
Именно поэтому металлический шарик пролетит дальше пенопластового: его масса больше, следовательно, его инертность также больше, и одной и той же силе сопротивления требуется больше времени для того, чтобы остановить его.
Рис. 3. Инертность тел.
Что мы узнали?
Инерция — это свойство всех тел, которое заключается в том, что они сохраняют свою скорость, если на них не действуют другие тела. Закон инерции был сформулирован Г. Галилеем и обобщен И. Ньютоном. Для изменения скорости тела обязательно требуется воздействие со стороны другого тела, и это воздействие должно быть тем длительнее, чем больше инертность первого тела. Мерой инертности является масса.
Содержание:
Во время равномерного прямолинейного движения тело движется с постоянной по значению и направлению скоростью. Скорость неравномерного движения изменяется со временем. Рассмотрим теперь явления, вследствие которых тело изменяет собственную скорость движения или её направление.
Наблюдение. Из повседневного опыта следует: чтобы тело пришло в движение (т. е. набрало скорость), на него должно подействовать другое тело. Например, лежащий на футбольном поле мяч, придёт в движение только тогда, когда на него налетит другой мяч или по нему ударят ногой (рис. 48). Но если на мяч не действуют другие тела, то он сам по себе не изменит собственную скорость, не придёт в движение относительно Земли.
Опыт 1. На одну из двух тележек, стоящих на рельсах, положили магнит, а на другую — стальной брусок (рис. 49). Под рельсами перекинута нить, которая своими концами закреплена позади каждой из тележек и не позволяет им сблизиться. Если нить пережечь, то тележки начинают двигаться навстречу друг другу, изменяя свою скорость от нуля до некоторого значения. Причиной изменения скорости тележек является притяжение между магнитом и железным бруском, т. е. взаимодействие между ними.
Опыт 2. Толкнём шарик, лежащий на горизонтальном столе, — он начнет равномерно двигаться по прямолинейной траектории. Положим на стол магнит перед шариком на расстоянии от линии его движения. Шарик вследствие взаимодействия с магнитом начнёт увеличивать свою скорость и отклоняться в сторону магнита, т. е. он изменит направление движения (рис. 50).
Опыт 3. Один конец пружины прикрепим к игрушечному автомобилю (рис. 51), другой — к стойке на краю стола. Потянем за автомобиль в сторону от стойки — начнётся взаимодействие руки с автомобилем и пружиной, в результате чего их скорости изменяются, а пружина растягивается. Отпустим машинку — теперь взаимодействуют пружина и автомобиль — пружина начинает сжиматься и двигаться с ним в обратном направлении. Во всех этих опытах взаимодействие тел приводит к изменению их скоростей. 
При взаимодействии тел может изменяться скорость движения не только тел в целом, но и отдельных их частей. Это происходит, например, если мы сжимаем в руке теннисный мяч (рис. 52). Вследствие неодинакового перемещения отдельных частей мяч сжимается и деформируется (изменяет свою форму). Также изменяют свою форму и пальцы руки. На фотографии (рис. 53) показано, как пуля пробивает стальной лист.
В этом случае произошло взаимодействие пули с листом, в результате чего они деформировались, а пуля ещё и изменила свою скорость движения.
Вследствие взаимодействия тел они изменяют скорость и направление своего движения, а также деформируются.
Что такое инерция
Повседневный опыт подтверждает вывод, сделанный нами из предыдущих опытов: скорость и направление движения тела могут изменяться лишь при взаимодействии его с другим телом.
Рассмотрим случаи, когда тело в начале наблюдения уже находится в движении. Увидим, что уменьшение скорости движения и остановка тела не могут происходить сами по себе, а обусловлены действием на него другого тела.
Наблюдение 1. Вы, наверное, неоднократно наблюдали, как пассажиры, едущие в транспорте, вдруг наклоняются вперёд во время торможения или прижимаются к стенке на крутом повороте.
Наблюдение 2. Когда на уроке физкультуры вы пробегаете дистанцию 60 м, то стараетесь развить максимальную скорость. На финише уже можно не бежать, но вы не можете резко остановиться и пробегаете ещё несколько метров. Подобно этому автомобиль не может остановиться мгновенно, а движется ещё определённое время при отключённом двигателе или даже во время торможения. Поэтому нельзя перебегать улицу перед приближающимся автомобилем: водитель не сможет его резко остановить.
Опыт. Тележку с бруском на нём поставим на наклонную плоскость и отпустим (рис. 54, а). Она будет двигаться вниз, набирая скорость, но достигши преграды, резко остановится. Видим, что брусок, не связанный жёстко с тележкой, будет продолжать свое движение дальше (рис. 54, б). Из приведённых примеров видим, что все тела имеют свойство сохранять скорость и направление движения и не могут мгновенно их изменить в результате действия на них другого тела. Можно предположить, что при отсутствии внешнего воздействия тело будет сохранять скорость и направление движения как угодно долго.
Явление сохранения скорости движения тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.
Явление инерции открыл итальянский учёный Галилео Галилей. На основе своих опытов и размышлений он утверждал: если на тело не действуют другие тела, то оно или находится в покое, или движется прямолинейно и равномерно. В этом случае говорят, что тело движется по инерции.
Инерция — это латинское слово, которое означает «недвижимость», «бездеятельность».
Явление инерции широко используют в технике и быту. Например, чтобы насадить молоток на ручку (рис. 55), нужно другим молотком ударять по торцу ручки или торцом ручки — по массивному неподвижному предмету.
Инертность тел и масса
Всегда ли одинаковый результат действия силы?
Результатом действия силы на тело является изменение его скорости или формы. Однако действие одной и той же силы не всегда сопровождается одинаковым эффектом. Он будет зависеть и от свойств тела, к которому приложена сила.
Разместим на полочке, закрепленной в штативе, два алюминиевых шарика (рис. 41). Упругую пластинку согнем, концы ее завяжем ниткой и введем между шариками. Если нитку перерезать, то пластинка распрямится и толкнет оба шарика, придав им определенные скорости. Измерив расстояния 
и 
на которые отлетели шарики, увидим, что они равные:
Если опыт повторить, поменяв один из алюминиевых шариков на стальной такого же диаметра (рис. 42), то расстояния, на которые сместятся шарики, будут различными: 
Явление инерции
Физическое явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения называют инерцией (от латин. іnertia — неподвижность, бездеятельность).
Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел. В физике движение тела в идеальных условиях (когда на тело не действуют другие тела) называют движением по инерции. В реальности невозможно создать условия, когда действие других тел отсутствует. Поэтому в повседневной жизни движением по инерции считают случаи, когда действие на тело других тел достаточно слабо и до заметного изменения скорости своего движения тело проходит значительный путь (рис. 14.8).
Действие одного тела на другое
Итоги:
Тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя только тогда, когда на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.
Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел. Если действия на тело других тел не скомпенсированы, то тело изменяет скорость своего движения по значению или направлению либо по значению и направлению одновременно.
Инертность тела и масса
Вспомните: вы заходите в автобус, все места заняты. Двери закрываются, автобус резко начинает движение, и вы должны приложить усилия, чтобы не упасть. Следующая остановка — и вы снова вынуждены цепляться за поручни, ведь автобус остановился достаточно резко. Почему что-то «толкает» вас вперед или назад? Вы узнаете, из-за какого свойства физических тел вы отклоняетесь назад, когда транспортное средство набирает скорость, и вперед — в момент его резкой остановки (см. рис. 15.1).
Что такое инертность
Вообще ни одно тело не может изменить скорость своего движения мгновенно. Говорят, что все тела «оказывают сопротивление» попытке измененить скорость их движения. В физике такое свойство тел называют инертностью. Инертность — свойство тела, которое заключается в том, что для изменения скорости движения тела в результате взаимодействия требуется время. Инертность тела проявляется тогда, когда мы пытаемся изменить скорость движения этого тела (см. рис. 15.1–15.3).
Определение массы тела
В результате одинакового воздействия одни тела изменяют скорость своего движения достаточно быстро, другие — намного медленнее. Например, чтобы с помощью весел придать определенную скорость легкой байдарке, нужно намного меньше времени, чем для придания такой же скорости тяжелой лодке. В таком случае говорят, что лодка более инертна, чем байдарка. Инертность тел характеризуется физической величиной — массой. Чем больше масса тела, тем больше времени нужно для изменения скорости его движения в результате одного и того же воздействия.
Масса тела — это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Массу тела обозначают символом m. Единица массы в СИ — килограмм: [m]=кг. Кроме килограмма используют также другие единицы массы, например тонна (т), грамм (г), миллиграмм (мг):
Масса — это одна из основных единиц СИ, поэтому для нее существует эталон. Международный эталон килограмма был создан в 1880 г.*; его используют и сейчас. Эталон килограмма — это цилиндр, изготовленный из сплава платины и иридия (рис. 15.4). Масса цилиндра — ровно 1 килограмм.
Сначала в качестве эталона килограмма был принят 1 л чистой воды при температуре около +4 °C. Однако такой эталон был очень неудобным.
Международный эталон килограмма хранится во Франции, в Международном бюро мер и весов, расположенном в г. Севр (предместье Парижа). Эталон достают из хранилища не чаще одного раза в 15 лет. В Украине, в Национальном научном центре «Институт метрологии» (г. Харьков), хранится государственный эталон единицы массы 1 кг.
Измеряем массу тела взвешиванием:
Кроме инертности любое физическое тело имеет также свойство притягиваться к другим телам благодаря гравитационному взаимодействию *. Как вы уже, возможно, догадались, мерой гравитационного свойства тела также является масса. Именно на гравитационном свойстве тел основан самый распространенный способ измерения массы — взвешивание (рис. 15.5): чем больше масса тела, тем сильнее оно притягивается к Земле и поэтому сильнее давит на весы.
Подробнее об измерении масс тел взвешиванием вы узнаете при выполнении лабораторной работы № 6.
Еще об одном способе измерения массы:
Массу тела можно также измерить, основываясь на инертности тел. Поставим две тележки со сжатыми пружинами на гладкую горизонтальную поверхность (рис. 15.6, а). Распрямляясь, пружины придадут тележкам некоторые скорости. Если тележки приобретут одинаковые скорости и, соответственно, проедут до остановки одинаковое расстояние, то это означает, что их массы равны (рис. 15.6, б). Если одна из тележек, например тележка 2, приобретет меньшую скорость и, соответственно, проедет меньшее расстояние, то она имеет большую массу (рис. 15.7). При этом во сколько раз скорость движения тележки 2, будет меньше скорости движения тележки 1, во столько же раз масса тележки 2 больше массы тележки 1: 
где 
— массы тележек; 
— скорости движения, которые приобрели тележки в результате взаимодействия. Полученное равенство позволяет определить отношение масс взаимодействующих тел по измеренным скоростям движений, которые приобретают эти тела в результате взаимодействия. Если же при этом масса одного из тел (например, 
) известна, то можно определить массу второго тела 
: 
На первый взгляд, способ измерения масс, основанный на инертности тел, неудобен, но он является единственным, если тела невозможно взвесить (например, элементарные частицы или космические тела)*.
В большинстве таких случаев в формулу подставляют не приобретенные телами скорости движения, а изменение скорости движения каждого тела в результате взаимодействия.
Итоги:
Инертность — это свойство тела, которое заключается в том, что для изменения скорости движения тела в результате взаимодействия требуется время.
Масса тела (m) — это физическая величина, которая является мерой инертного и гравитационного свойств тела.
Единица массы в СИ — килограмм.
Массу тела можно определить взвешиванием (этот способ основан на том, что масса является мерой гравитационного свойства тела), а также сравнив, как изменились скорости движения тел в результате взаимодействия (способ основан на том, что масса является мерой инертности тела).
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
ИНЕРЦИЯ (ИНЕРТНОСТЬ)
ИНЕРЦИЯ (ИНЕРТНОСТЬ) – свойство материальной точки сохранять неизменной скорость своего движения относительно инерциальной системы отсчета при отсутствии воздействий на нее других материальных объектов (или при воздействиях, уравновешивающих друг друга). Если воздействие на материальную точку имеет не гравитационную природу, то скорость ее движения меняется тем медленней, чем больше мера инерции материальной точки – ее масса. Например, когда сжатая пружина «расталкивает» две материальные точки, то точка с большей массой приобретает меньшую скорость за время действия пружины. Однако изменение скорости материальной точки под действием поля тяготения Земли не зависит от массы точки.
Перенесение свойства инерции на движения других материальных объектов механики, вообще говоря, невозможно за исключением отдельных случаев. Например, свойством инерции может абсолютно твердое тело, совершающее прямолинейное поступательное движение, либо вращение. Мерой инерции вращательного движения тела служат моменты инерции тела.
Суслов Г.К. Теоретическая механика, М., «Гостехиздат», 1946
Аппель П. Теоретическая механика, тт. 1, 2. М., «Физматгиз», 1960
Четаев Н.Г. Теоретическая механика, М., «Наука», 1987
Маркеев А.П. Теоретическая механика, М., «Наука», 1999
Голубев Ю.Ф. Основы теоретической механики, М., Изд-во Моск. Ун-та. 2000
Журавлев В.Ф. Основы теоретической механики, М., «Наука», 2001
В чем состоит § 21 № 2 ГДЗ Физика 9 класс Кикоин И.К.
В чем состоит свойство инертности?
Свойство инертности состоит в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время.
Каким движениям соответствуют графики 1 и 2 на рисунке 29? ( Подробнее. )
На каком расстоянии от Земли оказался бы космический корабль через 30 мин после старта, если бы он все время двигался прямолинейно с ( Подробнее. )
Чтобы оторваться от земли, самолет должен набрать скорость 180 м/с. На каком расстоянии от места старта на взлетной полосе самолет ( Подробнее. )