Явление инерции

Автомобиль мчится по шоссе, в небе летит птица, шар для боулинга катится по дорожке. Благодаря чему происходит каждое из этих движений? Существует ли причина их возникновения? Нужно ли вообще что-то, чтобы поддерживать движение? Почему скорость движения одних тел изменяется, а других — остается неизменной? Попробуем разобраться.

Убеждаемся в том, что тела взаимодействуют

В повседневной жизни мы постоянно имеем дело с различными видами действия одних тел на другие. Чтобы открыть дверь, мы действуем на нее рукой; мяч летит в ворота благодаря действию ноги; садясь на стул, мы действуем на него своим телом.

В то же время, открывая дверь, мы чувствуем и ее действие на руку; действие мяча на ногу особенно ощутимо, если играть в футбол босиком; действие стула не дает нам упасть на пол. То есть действие всегда является взаимным: если одно тело действует на другое, то и другое тело действует на первое — тела взаимодействуют (рис. 14.1).

Проведите опыт. Стоя с товарищем на скейтах, потяните за шнур, который он держит в руках. Кто из вас начнет двигаться? Прокомментируйте результат опыта, опираясь на рис. 14.2.

Узаем, при каких условиях тело находится в состоянии покоя

Мяч, лежащий на полу, находится в состоянии покоя. Но стоит толкнуть мяч рукой — и состояние покоя нарушится: в результате взаимодействия с рукой мяч начнет движение. А взаимодействовал ли мяч с чем-то

рис. 14.6. Мысленный эксперимент Галилея. Когда шарик скатывается по желобу вниз, он набирает скорость; когда шарик движется вверх, его движение замедляется. Галилей задался вопросом: «Как будет двигаться шарик по горизонтальному гладкому желобу, если его движению ничего не будет мешать?» Ответ был неожиданным: шарик будет двигаться с неизменной скоростью как угодно долго (на рис.: v₀ — начальная скорость движения; v_к — конечная скорость)

Проведем мысленный эксперимент и мы. Представьте: мальчик мчится по очень длинной горизонтальной ледовой дорожке (рис. 14.7). Если его никто не толкает и не тянет, то, как подсказывает наш опыт, в конце концов мальчик остановится. При этом время его движения будет зависеть от внешних условий. Если, например, на льду есть намерзший снег, то мальчик проедет только 2-3 м; если лед гладкий, не будут пределом и 20 м; а если мальчик наденет коньки, он может «пролететь» и сотню метров.

Рассуждаем дальше. Представьте, что «торможения» нет совсем, а мальчик не испытывает никакого действия извне. В этом случае воображаемый мальчик будет скользить с постоянной скоростьюпо воображаемой ледовой дорожке сколь угодно долго. При этом действие дорожки, которое не дает мальчику «провалиться», и действие Земли будут уравновешивать (компенсировать) друг друга.

Условие движения тела с постоянной скоростью известно в механике как закон инерции:

Тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя лишь тогда, когда на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Знакомимся с инерцией

Физическое явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения называют инерцией(от латин. inertia— неподвижность, бездеятельность).

Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел.

В физике движение тела в идеальных условиях (когда на тело не действуют другие тела) называютдвижением по инерции.

В реальности невозможно создать условия, когда действие других тел отсутствует. Поэтому в повседневной жизни движением по инерции считают случаи, когда действие на тело других тел достаточно слабо и до заметного изменения скорости своего движения тело проходит значительный путь (рис. 14.8).

Наблюдаем результат действия одного тела на другое

А как будет двигаться тело, на которое действуют другие тела и действия этих тел не будут скомпенсированы? Например, как будет двигаться бильярдный шар, на который налетает другой шар и его удар ничем не скомпенсирован?

Как будет двигаться груз, висящий на нити, если нить перерезать и действие Земли не будет уравновешено действием нити? Что будет, если, двигаясь на велосипеде, вы прекратите вращать педали и ваше действие не будет компенсировать сопротивление движению велосипеда?

В этих и многих других случаях тела изменяют скорость своего движения: бильярдные шары полетят в разные стороны с разными скоростями (рис. 14.9); груз начнет падать с увеличивающейся скоростью; велосипед станет двигаться медленнее и наконец остановится.

Итак, можно сделать следующий вывод.

Если действия на тело других тел не скомпенсированы, то тело изменяет скорость своего движения по значению или направлению либо одновременно по значению и направлению*.

Подводим итоги

Тело движется равномерно прямолинейно или находится в состоянии покоя только тогда, когда на него не действуют другие тела или действия других тел скомпенсированы.

Инерция — это явление сохранения скорости движения тела при отсутствии или скомпенсированности действий на него других тел.

Если действия на тело других тел не скомпенсированы, то тело изменяет скорость своего движения по значению или направлению либо по значению и направлению одновременно.

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры взаимодействия тел. 2. При каких условиях тело находится в состоянии покоя? движется равномерно прямолинейно? 3. Как движется тело, если на него не действуют другие тела? 4. Дайте определение инерции. 5. Что происходит с телом, когда действия на него других тел не скомпенсированы?

Заметим, что при взаимодействии тела могут не только изменить скорость своего движения, но и деформироваться, то есть изменить свои размеры и форму. Подробнее о деформации тел вы узнаете из материала § 19.

Упражнение № 14

1. Вы сидите на стуле. Как и стул, вы находитесь в состоянии покоя относительно Земли. Какие тела действуют на стул? Какие тела действуют на вас? Что вы можете сказать об этих действиях?

2. Пузырек воздуха всплывает в озере с постоянной скоростью. Что действует на пузырек? Являются ли эти действия скомпенсированными?

3. При каких условиях тележка (см. рис. 14.5) движется равномерно прямолинейно? увеличивает скорость движения? уменьшает скорость движения?

4. Можно ли движение бильярдного шара после удара считать движением по инерции? Поясните свой ответ.

5. В космическом пространстве не от чего оттолкнуться, но космические ракеты успешно там летают, изменяя скорость своего движения. От чего «отталкиваются» ракеты?

6. Напишите небольшое сочинение на тему «Мой опыт, подтверждающий взаимодействие тел» (это может быть даже стихотворение!). Оформите сочинение на отдельном листе, добавив фото или рисунки.

7. Выразите в килограммах и запишите в стандартном виде массы тел: а) 5,3 т; б) 0,25 т; в) 4700 г; г) 150 ц.

8. Посмотрите видеоролик. В каких сюжетах движение мультипликационных героев можно считать движением по инерции? Поясните свой ответ.

* Экспериментальное задание

«Реактивное движение». Проведите мысленный эксперимент. Представьте, что вы, двигаясь на скейте, бросили в направлении, противоположном направлению вашего движения, тяжелое тело. Как изменится скорость вашего движения? Что произойдет, если вы бросите тело в направлении вашего движения? перпендикулярно направлению движения? Если есть возможность, проверьте ваши ответы, проведя реальный эксперимент. Где можно применить (или уже применяют) наблюдаемые явления?

Физика и техника в Украине

николай николаевич Боголюбов (1909-1992) — выдающийся физик и математик XX в., академик, основатель научных школ нелинейной механики и теоретической физики; разработал теорию сверхтекучести и сверхпроводимости.

Уже в 13 лет его знания по математике и физике можно было сравнить с полным университетским курсом. В 19 лет он защитил кандидатскую диссертацию, а в 21 год получил научную степень доктора математики без защиты диссертации. В 1913-1950 гг. Николай Николаевич жил и работал в Киеве. Н. Н. Боголюбов был основателем и директором Института теоретической физики АН Украины (Киев), который и сейчас носит его имя.

Национальной академией наук Украины учреждена премия имени Н. Н. Боголюбова.

Это материал учебника Физика 7 класс Барьяхтар, Довгий