Инерция

На этом уроке вы:

• разберете, в чем заключается явление инерции.

Ключевые слова: явление инерции, закон инерции.

Наш повседневный опыт показывает, что ни одно тело само по себе не приходит в движение и скорость тела может изменяться только под действием другого тела. Например, стоящий в комнате стол никогда сам собой не начнет двигаться. Движущийся по дороге автомобиль после выключения двигателя обязательно остановится. Лежащий на земле мяч приходит в движение после того, как по нему ударят ногой. Из этих примеров следует, что для того, чтобы изменить движение тела, необходимо действие другого тела.

Галилео Галилей (1564—1642). Итальянский физик, механик, астроном, философ и математик, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Первым использовал телескоп для наблюдения за небесными телами и сделал ряд выдающихся астрономических открытий. Г. Галилей — основатель экспериментальной физики.

Великий итальянский ученый Галилео Галилей в конце XVI — начале XVII в., проводя опыты с тележками, скатывающимися с наклонной плоскости на горизонтальные поверхности с меняющимся покрытием (песок, кошма, стекло) (рис. 13.1), установил, что поверхность оказывает влияние на длительность движения. На поверхности с песком тележка останавливается очень быстро, поверх кошмы едет дальше, а по стеклянной поверхности она движется очень долго. Ученый провел свой эксперимент и пришел к выводу, что увеличение гладкости поверхности приведет к тому, что движение тележки будет продолжаться бесконечно долго. Делая многочисленные опыты по изучению движения тел, Галилей сформулировал один из основных законов природы, который называется законом инерции: если на тело не действуют другие тела или их действие скомпенсировано, то оно находится в покое либо движется прямолинейно и равномерно.

Рис. 13.1

Итак, явление сохранения телом состояния покоя или равномерного и прямолинейного движения при отсутствии действия на него других тел называется инерцией (от лат. inertia — «неподвижность», «бездеятельность»). До открытия закона инерции Галилеем в науке в течение 2000 лет господствовало ошибочное представление Аристотеля, который считал, что движение возможно только под действием сил. Если же действие сил прекращается, то тело останавливается, так как у тел есть свойство стремиться к покою.

В литературе часто встречается такое образное выражение: «Он делал все по инерции». Попробуйте объяснить состояние человека в описанном примере.

Исходя из определения инерции, на Земле это явление практически не встречается, так как всегда присутствует внешнее воздействие на тело (земное притяжение, трение, сопротивление воздуха и т. д.). Поэтому выражение «тело движется по инерции» в земных условиях имеет смысл только тогда, когда на тело действуют малые внешние силы, а само движение тела рассматривается в малом временном интервале. Например, можно считать, что автомобиль с выключенным двигателем движется по инерции, но только в малом временном промежутке. В большом временном интервале обнаруживается изменение скорости, так как на тело действует трение колес о дорогу, и автомобиль перестает двигаться равномерно. Теперь можно объяснить, почему велосипед, который был разогнан велосипедистом, может довольно длительное время сохранять свое движение (рис. 13.2) и почему конькобежец, разогнавшийся до большой скорости, при резком повороте на вираже рискует быть выброшенным с беговой дорожки (рис. 13.3). Во всех этих примерах тело вследствие инерции стремится сохранить направление своего движения.

Рис. 13.2

Рис. 13.3

Это интересно. Явление инерции используют для сохранения равномерности движения. Во многих устройствах используют тяжелые маховики, которые, вращаясь на оси, не только позволяют экономно и долго двигаться машинам, на которых они установлены, но и обеспечивают равномерное вращение валов.

Вопросы

1. Почему тело не может само по себе остановиться и само по себе разогнаться?
2. Какое явление называется инерцией?
3. К каким выводам пришел Г. Галилей после проведения экспериментов с тележками?
4. Что происходит с телами, если на них не действуют другие тела?
5. Как объяснить падение пассажиров при резком торможении автобуса или при резком увеличении скорости?

Творческая мастерская

Экспериментируйте.

1. Возьмите стакан и картон. Поставьте стакан на картон. В первый раз медленно вытяните картон, во второй раз быстро его выдерните. Опишите движение стакана в обоих случаях. Сделайте вывод.
2. На спортивной площадке прыгните в яму с песком с места и с разбега. В каком случае вы прыгнете дальше? Почему? Какое явление здесь наблюдается?

Объясните.

1. На рисунке 13.4 показан способ насаживания молотка на рукоятку. Объясните его.

Рис. 13.4

2. В какую сторону падает споткнувшийся человек? Поскользнувшийся человек? Почему?

Анализируйте.

1. Как изменилась скорость движения вагонов на рисунке 13.5, а и б?
2. Рассматривая движение тела по абсолютно гладкой поверхности, Галилей пришел к выводу, что «если после падения тела по любой наклонной плоскости наступает подъем, то… оно поднимается до той же высоты над горизонтом… и притом не только, когда плоскости имеют одинаковый наклон, но и когда они образуют разные углы». К какому выводу можно прийти, если продолжить эти рассуждения, опираясь на рисунок 13.6?

Рис. 13.5 и рис. 13.6

3. Маленькие дети знают, что надо делать, чтобы долго катиться на самокате, но не могут объяснить, почему так происходит. Какое явление они используют?
4. Два брата поспорили. Айсар сказал, что пыль из ковра лучше извлечь пылесосом, а Кайрат настаивал на том, что лучше всего выбивать ее резкими ударами палкой о ковер, предварительно повесив его на перекладину. Как вы думаете, какой способ лучше?