Что такое инерция?
Ине́рция — свойство тела оставаться в некоторых системах отсчёта в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних воздействий, а также препятствовать изменению своей скорости (как по модулю, так и по направлению) при наличии внешних сил за счёт своей инертной массы.
Количественно соотношение между воздействием на тело и изменением его движения даётся формулой второго закона Ньютона.
{\displaystyle {\vec {F}}={\frac {d}{dt}}(m{\vec {v}})} {\displaystyle {\vec {F}}}{\displaystyle m}{\displaystyle {\vec {v}}} Ньютон сформулировал «закон инерции»: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока действия со стороны других тел не изменят этого состояния.
Ни один предмет сам собой не придет в движение. Стоящий в комнате стол никогда сам собой не начнет двигаться по комнате. Движущееся тело не может само собой остановиться. Когда водитель резко затормозит вагон трамвая, то находящиеся в нем пассажиры наклонятся вперед, продолжая движение по инерции. Когда вагон резко тронется с места, пассажиры откачнутся назад. На крутом повороте дороги можно вылететь из саней в сугроб.
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 в другом труде «Механика», приписываемом Аристотелю, утверждается[8]:
|
| Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает своё действие. |
|
Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних 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 «аристотелевской физики». В своем труде «Беседы о двух новых науках» Галилей 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 считали Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как закон инерции. Однако, Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В 1638 году итальянец Балиани уточнил закон инерции, указав, что при полном отсутствии внешних воздействий естественной траекторией движения тела является прямая. В современном виде закон инерции сформулировал Декарт. Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон.
Как используется явление инерции в технике?
Явление инерции в одних случаях может принести вред, и тогда нашей задачей будет предупредить, устранить или уменьшить этот вред. В других случаях инерцию можно поставить на службу человеку, сделать ее нашим помощником.
Наиболее распространенное движение в технике – вращательное. Такое движение возможно только при наличии связи, удерживающей движущееся тело на окружности. Чтобы заставить, например, камень описывать окружности в воздухе, его надо привязать к веревке. При этом, стремясь двигаться по инерции, по прямой линии, касательной к окружности, камень будет натягивать веревку и может ее разорвать. Вследствие инерции слетает грязь с вращающихся колес велосипеда. Быстро вращающийся шкив, маховое колесо, циркулярная пила и вращающиеся части машин могут разорваться. Поэтому специальными расчетами на прочность определяют размеры частей машин и допустимую скорость их вращения.
Ну, а полезное применение инерции? Прежде всего – для продолжения движения. Машинист, ведущий поезд, прекращает работу двигателя на некотором расстоянии до остановки, чтобы поезд прошел это расстояние по инерции. Водители автомашин для экономии бензина часть пути проезжают с выключенным двигателем.
На валах поршневых машин устанавливают маховики, чтобы повысить равномерность вращения вала. В водяных и паровых турбинах, ветряных двигателях используется инерция движения воды, пара и воздуха. Работа центробежного насоса, центрифуги, веялки, сепаратора – все это примеры использования инерции.
{\displaystyle {\vec {F}}}{\displaystyle m}