Inercia
Inercia (del lat. inercia - reposo, inactividad, constancia, inmutabilidad ) - la propiedad del cuerpo de permanecer en algunos, llamados inerciales [1] , marcos de referencia en reposo o movimiento rectilíneo uniforme en ausencia de influencias externas [1] [2] , así como para evitar el cambio de su velocidad (tanto en módulo como en dirección [3] ) en presencia de fuerzas externas debidas a su masa inercial .
Cuantitativamente, la relación entre el impacto sobre el cuerpo y el cambio en su movimiento viene dada por la fórmula de la segunda ley de Newton [4] :
.
Aquí , es la fuerza que actúa sobre el cuerpo, es la masa inercial y es la velocidad del cuerpo.
El concepto de "inercia" es sinónimo de uno de los significados del concepto de inercia [1] (otros significados de este último no se aplican a la física).
Redacción
La existencia de marcos de referencia inerciales en la mecánica clásica está postulada por la primera ley de Newton , que también se denomina ley de la inercia . Su formulación clásica fue dada por Newton en su libro Principia Mathematica of Natural Philosophy :
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Todo cuerpo continúa manteniéndose en un estado de reposo, o de movimiento uniforme y rectilíneo, hasta que, y en la medida en que, las fuerzas aplicadas lo obligan a cambiar este estado. |
La formulación moderna, más precisa, de la ley es:
|
Hay tales marcos de referencia , llamados inerciales (ISO), en relación con los cuales los puntos materiales , cuando no actúan fuerzas sobre ellos (o actúan fuerzas mutuamente equilibradas), están en reposo o tienen un movimiento rectilíneo uniforme . |
Para la primera ley de Newton, puedes escribir su formulación matemática, que tiene la siguiente forma
donde es la i - ésima fuerza que actúa sobre un punto material (MT), y es su velocidad. En otras palabras, esta fórmula dice que en IFR, en ausencia de fuerzas que actúen sobre un MT dado, la magnitud y la dirección de su velocidad no cambian.
Los marcos de referencia en los que se cumple la ley de inercia se denominan marcos de referencia inerciales (ISR). Todos los demás marcos de referencia (por ejemplo, rotar o moverse con aceleración en relación con los inerciales) se denominan no inerciales, respectivamente.
El concepto de un sistema de referencia inercial es el de idealización , es decir, algún objeto ideal considerado en lugar de un objeto real (otros ejemplos de idealización son, por ejemplo, un cuerpo absolutamente rígido o un hilo ingrávido inextensible). Los sistemas de referencia reales siempre están asociados con algún objeto u objetos, y la correspondencia del movimiento de los cuerpos realmente observado en tales sistemas con los resultados de los cálculos será incompleta. Al mismo tiempo, la precisión de tal abstracción en condiciones terrestres es muy alta.
En marcos de referencia no inerciales, la ley de la inercia no se cumple. No obstante, el movimiento de cuerpos en sistemas de referencia no inerciales puede describirse mediante ecuaciones de movimiento de forma similar a las utilizadas en sistemas de referencia inerciales, si, junto con las fuerzas debidas a la interacción de los cuerpos entre sí, términos adicionales de a de origen puramente cinemático se introducen en las ecuaciones y no hay interacción de cuerpos inapropiada. Tales cantidades introducidas formalmente se denominan fuerzas de inercia [5] [6] .
Historia
Los científicos griegos antiguos, a juzgar por los escritos que nos han llegado, pensaron en las razones de la finalización y terminación del movimiento. La "Física" de Aristóteles (siglo IV a. C.) da el siguiente razonamiento sobre el movimiento en el vacío [7] :
Nadie podrá decir por qué [un cuerpo], puesto en movimiento, se detendrá en algún lugar, porque ¿por qué se detendría aquí en lugar de allí? Por lo tanto, debe estar en reposo o moverse hasta el infinito.
Sin embargo, en otra obra "Mecánica", atribuida a Aristóteles, se afirma [8] :
Un cuerpo en movimiento se detiene cuando la fuerza que lo empuja se detiene.
Las observaciones realmente mostraron que el cuerpo se detuvo cuando cesó la fuerza que lo empujaba. No se tuvo en cuenta la oposición natural de las fuerzas externas (fricción, resistencia del aire, etc.) al movimiento del cuerpo empujado. Por tanto, Aristóteles asoció la invariancia de la velocidad de movimiento de cualquier cuerpo con la invariancia de la fuerza que se le aplica.
Solo dos milenios después Galileo Galilei (1564-1642) pudo corregir este error de la " física aristotélica ". En su obra "Conversaciones sobre dos nuevas ciencias" Galileo escribió [8] :
... la velocidad una vez dada a un cuerpo en movimiento se conservará estrictamente, ya que se eliminan las causas externas de aceleración o desaceleración, condición que se encuentra solo en un plano horizontal, porque en el caso de movimiento hacia abajo en un plano inclinado hay ya una causa de aceleración, mientras que al moverse a lo largo de un plano inclinado hacia arriba hay una desaceleración; se sigue de esto que el movimiento en el plano horizontal es eterno.
Este juicio no puede derivarse directamente del experimento, ya que es imposible excluir todas las influencias externas (fricción, etc.). Por tanto, aquí Galileo aplicó por primera vez el método del pensamiento lógico, basado en observaciones directas y similar al método matemático de demostración "por contradicción". Si la inclinación de un plano a la horizontal es la causa de la aceleración de un cuerpo que se mueve hacia abajo y la desaceleración de un cuerpo que se mueve hacia arriba, entonces cuando se mueve a lo largo de un plano horizontal, el cuerpo no tiene razón para acelerar o desacelerar. y debe estar en un estado de movimiento uniforme o reposo.
Así, Galileo probó simple y claramente la relación entre fuerza y cambio de velocidad (aceleración), y no entre fuerza y velocidad en sí, como creían Aristóteles y sus seguidores. Este descubrimiento de Galileo entró en la ciencia como la ley de la inercia . Sin embargo, Galileo permitió el libre movimiento no solo en línea recta, sino también en círculo (aparentemente por razones astronómicas). En 1638, el italiano Baliani aclaró la ley de la inercia, indicando que en ausencia de influencias externas, la trayectoria natural de un cuerpo es una línea recta. En su forma moderna, la ley de la inercia fue formulada por Descartes . Newton incorporó la ley de la inercia en su sistema de leyes de la mecánica como la primera ley .
Conceptos relacionados
Principio de relatividad de Galileo : en todos los marcos de referencia inerciales, todos los procesos mecánicos proceden de la misma manera (si las condiciones iniciales para todos los cuerpos son las mismas). En un marco de referencia llevado a un estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme en relación con un marco de referencia inercial (condicionalmente "en reposo"), todos los procesos proceden exactamente de la misma manera que en un marco en reposo.
La masa inercial es una medida de la inercia de un cuerpo en física, un indicador de si, en mayor o menor medida, un cuerpo determinado evitará un cambio en su velocidad en relación con el marco de referencia inercial cuando se expone a fuerzas externas. La masa inercial aparece en la expresión de la segunda ley de Newton , que es la ley más importante de la mecánica clásica .
Véase también
- leyes de newton
- fuerza de inercia
- Momento de inercia
- principio de Mach
- Mecánica
- Histéresis
- teoría del ímpetu
- masa inercial
Notas
- ↑ 1 2 3 4 Inercia // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Enciclopedia soviética , 1990. - T. 2. - S. 146. - 704 p. — 100.000 copias. — ISBN 5-85270-061-4 .
- ↑ Gran Enciclopedia Rusa : [en 35 volúmenes] / cap. edición Yu. S. Osipov . - M. : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.
- ↑ TI Trofimov. Física. - Moscú: "Academia", 2012.
- ↑ Konopleva N.P. Sobre la evolución del concepto de inercia (Newton, Mach, Einstein) // Colección Einstein 1975-1976. - M., Nauka, 1978. - pág. 216-244
- ↑ Savelyev IV Curso de Física General. T. 1. Mecánica. Física molecular. - M.: Nauka, 1987. - S. 118-119.
- ↑ Landsberg G.S. Libro de texto elemental de física. Tomo 1. Mecánica. Calor. Física molecular. - M.: Nauka, 1975. - C. 292
- ↑ Física (Aristóteles)/Libro 4/Capítulo 8
- ↑ 1 2 Einstein A., Infeld L. La evolución de la física . - M. : Nauka, 1965. - S. 10 -12.
Literatura
- Kokarev S. S. Tres conferencias sobre las leyes de Newton. Yaroslavl. Se sentó. Actas del RNEC Logos, vol. 1, 45-72, 2006.
- Leach JW Mecánica clásica. M.: Extranjero. literatura, 1961.
- Ponyatov A. Estas extrañas fuerzas de inercia // Ciencia y vida . - 2020. - Nº 10. - S. 22-31.
- Spassky B. I. Historia de la Física. M., "Escuela Superior", 1977.
Nuevos enlaces de investigación:
- Masreliez CJ , Movimiento, inercia y relatividad especial: una perspectiva novedosa , Physica Scripta (2006).
- Masreliez CJ, Sobre el origen de la fuerza de inercia , Apeiron (2006).
- Masreliez, CJ; Transición dinámica de escala incremental con aplicación a la física y la cosmología , Physica Scripta (2007).
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