1. Сила и инерция
Сила и инерция – это еще одна сущностная группа явлений природы. Для человека сила и инерция проявляются в сопротивлении материального тела изменению своего состояния – положения и скорости через ускорение.
Все мы знаем (или хотя бы слышали), что существуют три закона Ньютона, с помощью которых описываются движения материальных тел в Природе. Это 1) закон о существовании ИСО, 2) закон о взаимозависимости действующей на тело силы и получаемого им ускорения и 3) о равенстве действия и противодействия. Первые два закона точно связаны с явлением инерции: первый – с сохранением состояния движения в ИСО при отсутствии действующих на не сил,
F = 0 → v = const, w = 0;
а второй – с законом ее изменения:
F ≠ 0 → Δv = (F/m)·Δt = wΔt.
Мера инерции в этой формуле определяется параметром m, называемый массой.
Мера инерции определяет "чувствительность" тела к изменению состояния движения под действием силы. Чем больше масса, тем меньше "чувствительность".
А именно, изменению скорости w под действием внешних факторов, в роли которой выступает физическая сила:
Исторически этот закон появился в результате изучения движения м.т. под действием действующих на нее сил при движении по траекториям относительно поверхности земли в двух направлениях: в горизонтальном и вертикальном.
1) В горизонтальном - это пара сил – сила трения и действующая на тело движущая сила, преодолевающая ее.
2) В вертикальном – это движение типа "свободного падения с высоты".
Выбранная с.о. – поверхность земли – с одной стороны, является ИСО: сама по себе поверхность Земли как будто находится в состоянии покоя. Действительно, "поверхность земли" в горизонтальных направлениях обладает свойствами ИСО и в ней верна формула (1). И это было доказано множеством экспериментов с учетом силы трения. С учетом силы гравитации формулирование второго закона Ньютона с.о. "поверхность земли" становится ИСО с записью второго закона Ньютона в виде:
Fполная = mw = F + fтрения + fгравитационная+ fреакции.
Учтите: силы F, f здесь векторные (см. рис.1).
2. Сила инерции
С другой стороны, пространство около Земли никак не является ИСО, потому что брошенная с высоты в свободное движение любая масса будет двигаться по параболической кривой, направленной к земле без явного видимого влияния на нее каких либо других тел. Выход был найден, и это в принципе было известно и раньше: существует сила тяжести fg, пропорциональная массе и ускорению свободного падения g:
Fg = mg.(2)
Рассмотрим эти две ситуации с т.з. третьего закона Ньютона, который говорит, что всегда любой силе найдется противодействующая ей сила, и в сумме они равны нулю. В первом случае эти две силы находятся – это равные и противоположно направленные силы – действующая на тело движущая сила F и преодолевающая ее противосила Fтр трения:
F + Fтр = 0 → F = –Fтр.
В результате тело движется равномерно и прямолинейно. А во втором случае первая – действующая сила притяжения к Земле – имеется. А где вторая, противодействующая ей сила? Налицо нарушение третьего закона Ньютона. Но запишем уравнение сил для падающего тела:
F = mg или F – mg = 0.
Эти записи можно интерпретировать так. Есть действующая на тело сила – это F. Но тело сопротивляется изменению своей скорости – это –mg. И вот эта сила, равная –mg, и называется (ньютоновой) силой инерции. По Ньютону: "Врождённая сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. От инерции материи происходит, что всякое тело лишь с трудом выводится из своего покоя или движения". Ньютонова сила инерции спасает третий закон Ньютона. Не равная нулю ньютонова сила инерции всегда появляется всегда, когда тело ускоряется в ИСО. Но можно, с современной т.з, приняв во внимание, что потенциальное поле тоже материально, предположить, что сила инерции - это сила, с которой тело действует на это материальное потенциальное поле. Причем в точке своего нахождения. И с противоположным знаком. Можно сказать, что притягиваются друг к другу - или, наоборот, отталкиваются друг от друга. Примерно как у Ле-Сажа.
По своей природе силы инерции отличаются от других механических сил. Все остальные механические силы возникают в результате воздействия одного тела на другое. Тогда как силы инерции обусловлены свойствами механического движения тела. Кстати, в зависимости от того, в каком движении участвует тело, возникает та или иная сила инерции.
Слово "ИСО" здесь очень важно. Кроме ньютоновой, различают еще эйлеровы силы инерции. Они возникают в неинерциальных и криволинейных системах отсчета. Примеры – центробежные силы во вращающейся с.о и ее обратная сторона – центробежные силы в полярной системе координат (даже неподвижной). Также можно назвать Кориолисовы силы, возникающие при движении материального тела, например, на поверхности вращающейся сферы (хотя бы поверхности Земли).
И, конечно, – гравитационные силы. Все они также являются силами инерции. Реальными, фиктивными, мнимыми, расчетными - но учитываемыми в теории.
_______________________________________________________________________________
Мои странички на Дзен: ВАЛЕРИЙ ТИМИН.
Рекомендую: Блокнот математика, Другое измерение.
Ссылка на мою статью Как написать формулы в статье на Дзен?
Если вам понравилась статья, то поставьте "лайк" и подпишитесь на канал! Если не понравилась – все равно комментируйте и подписывайтесь. Этим вы поможете каналу. И делитесь ссылками в ваших соцсетях!
Если хотите узнать, что обозначает слово или слово.сочетание, в ОПЕРЕ выделите это слово(сочетание), нажмите правую клавишу мыши и выберите "Искать в ...", далее - "Yandex". Если это текстовая ссылка – выделите ее, нажмите правую клавишу мыши, выберите "перейти …". Все! О-ля-ля!