Инерция

Классическая механика

$\vec{F} = m \vec{a}$.

Второй закон Ньютона

История классической механики Основа Классическая механика · Интерференция · Бра и кет · Гамильтониан Фундаментальные понятия Пространство · Время · Масса · Сила · Энергия · Импульс Квантовое состояние · Волновая функция  · Суперпозиция   Запутанность   Измерение ·  Неопределённость ·  Запрет Паули · Дуализм · Декогеренция · Теорема Эренфеста · Туннелирование Эксперименты Опыт Дэвиссона — Джермера   Опыт Поппера   Опыт Штерна — Герлаха   Опыт Юнга  Проверка неравенств Белла   Фотоэффект   Эффект Комптона Формулировки Картина Шрёдингера   Картина Гейзенберга   Картина взаимодействия   Матричная квантовая механика   Интегралы по траекториям Уравнения Уравнение Шрёдингера   Уравнение Паули   Уравнение Клейна — Гордона   Уравнение Дирака Интерпретации Копенгагенская интерпретация   Теория скрытых параметров   Многомировая Сложные темы Квантовая теория поля   Квантовая гравитация   Теория всего Известные учёные Планк   Эйнштейн   Шрёдингер   Гейзенберг  Йордан   Бор   Паули   Дирак   Фок   Борн   де Бройль   Ландау   Фейнман   Бом   Эверетт

Ине́рция (от лат. inertia — бездеятельность, косность) — явление сохранения скорости тела в случае, если внешние воздействия на него отсутствуют или взаимно скомпенсированы.

Формулировка

Существование явления инерции в классической механике постулируется Первым законом Нью́тона, который также называется Зако́ном ине́рции. Его классическую формулировку дал Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии»:

Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

Современная формулировка закона:

Существуют такие системы отсчёта, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий (или при их взаимной компенсации) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции, называют инерциальными системами отсчёта (ИСО). Все другие системы отсчёта (например, вращающиеся или движущиеся с ускорением) называются соответственно неинерциальными. Проявлением неинерциальности в них является возникновение фиктивных сил, называемых «силами инерции».

История

Древнегреческие учёные, судя по дошедшим до нас сочинениям, размышляли о причинах совершения и прекращения движения. В «Физике» Аристотеля (IV век до н. э.) приводится такое рассуждение о движении в пустоте:

Никто не сможет сказать, почему [тело], приведенное в движение, где-нибудь остановится, ибо почему оно скорее остановится здесь, а не там? Следовательно, ему необходимо или покоиться, или двигаться до бесконечности.

Однако сам Аристотель считал, что пустота в природе не может существовать, и в другом его труде, «Механике», утверждается:

Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие.

Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних сил (сил трения, сопротивления воздуха и т. п.) движению толкаемого тела при этом не учитывалось. Поэтому Аристотель связывал неизменность скорости движения любого тела с неизменностью прилагаемой к нему силы.

Только через два тысячелетия Галилео Галилей (1564—1642) смог исправить эту ошибку Аристотеля. В своем труде «Беседы о двух новых науках» он писал:

…скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, — условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время, как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно

Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т. п.). Поэтому, здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях и подобный математическому методу доказательства «от противного». Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх, то, при движении по горизонтальной плоскости, у тела нет причин ускоряться или замедляться, и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.

Таким образом, Галилей просто и ясно доказал связь между силой и изменением скорости (ускорением), а не между силой и самой скоростью, как считал Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как Закон инерции. Надо отметить, что Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В современном виде закон инерции сформулировал Декарт. Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон.

Инерция – это движение тела под действием силы, которая преобразовалась в кинетическую энергию образующих массу тела атомов, и которая посредством обратного преобразования превратилась в силу, равную силе, препятствующей инерционному движению.

Со времён Ньютона и по ныне определение понятия «инерция движения» страдала проблемой появления силы сопротивления изменениям параметров инерционного движения тела.

Теперь эта проблема решена.

Смежные понятия

Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково (если начальные условия для всех тел одинаковы). В системе отсчёта, приведенной в состояние покоя или равномерного прямолинейного движения относительно инерциальной системы отсчёта (условно — «покоящейся»), все процессы протекают точно так же, как и в покоящейся системе.

Следует отметить, что понятие инерциальной системы отсчёта — абстрактная модель, то есть некий идеальный объект, рассматриваемый вместо реального объекта (примерами абстрактной модели служат абсолютно твердое тело или нерастяжимая невесомая нить). Реальные системы отсчёта всегда связаны с каким-либо объектом или объектами и соответствие реально наблюдаемого движения тел в таких системах с результатами расчётов будет неполным. В то же время точность подобной абстракции в земных условиях весьма велика и ограничивается лишь величиной искривления пространства-времени, которое было предсказано в рамках общей теории относительности (1915 год) и впервые зафиксировано в 1919 году при исследовании отклонения света в гравитационном поле Солнца.

Инертность — свойство тела, состоящее в том, что для изменения его скорости относительно инерциальной системы отсчёта необходимо определённое воздействие на него. Мерой инертности в физике выступает инертная масса.

См. также

• Законы Ньютона
• Сила инерции
• Момент инерции
• Принцип Маха
• Механика
• Гистерезис

Литература

• Лич Дж. У. Классическая механика. М.: Иностр. литература, 1961.
• Спасский Б. И.. История физики. М., «Высшая школа», 1977.
  • Том 1. Часть 1-я; Часть 2-я
  • Том 2. Часть 1-я; Часть 2-я
• Кокарев С. С. Три лекции о законах Ньютона. Ярославль. Сб. трудов РНОЦ Логос, вып. 1, 45-72, 2006.