 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( август 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
| Часть серии по |
| Классическая механика |
|---|
Инерция - это сопротивление любого физического объекта любому изменению его скорости . Это включает изменения скорости или направления движения объекта. Аспектом этого свойства является тенденция объектов двигаться по прямой с постоянной скоростью, когда на них не действуют никакие силы .
Инерция происходит от латинского слова iners , что означает праздный, вялый. Инерция - одно из основных проявлений массы , которая является количественным свойством физических систем . Исаак Ньютон определил инерцию как свой первый закон в своей книге Philosophi Naturalis Principia Mathematica , в которой говорится:
Визави ИНСИТ , или врожденная сила материи, является силой сопротивления , по которому каждому телу, столько же , сколько в ней лежит, стремится сохранить свое нынешнее состояние, будь то отдых или двигаются равномерно вперед по прямой линии. [1]
В общепринятом смысле термин «инерция» может относиться к «величине сопротивления объекта изменению скорости» или, проще говоря, «сопротивлению изменению в движении» (которое количественно выражается его массой), а иногда и его импульсу. , в зависимости от контекста. Термин «инерция» более правильно понимать как сокращение от «принципа инерции», описанного Ньютоном в его первом законе движения : объект, не подверженный действию какой-либо чистой внешней силы, движется с постоянной скоростью. Таким образом, объект будет продолжать двигаться со своей текущей скоростью, пока какая-то сила не заставит его скорость или направление измениться.
На поверхности Земли инерция часто маскируется гравитацией и эффектами трения и сопротивления воздуха , которые приводят к снижению скорости движущихся объектов (обычно до точки покоя). Это заставило философа Аристотеля поверить в то, что объекты будут двигаться только до тех пор, пока к ним будет приложена сила. [2] [3]
Принцип инерции - один из фундаментальных принципов классической физики, который до сих пор используется для описания движения объектов и того, как на них действуют силы, действующие на них.
История и развитие концепции [ править ]
Раннее понимание движения [ править ]
До Возрождения наиболее общепринятая теория движения в западной философии была основана на Аристотеле, который примерно в 335–322 гг. До н. Э. Сказал, что в отсутствие внешней движущей силы все объекты (на Земле) остановятся и что движущиеся объекты продолжают двигаться только до тех пор, пока есть сила, побуждающая их к этому. [4] Аристотель объяснил непрерывное движение снарядов, которые отделены от их проектора, действием окружающей среды, которая продолжает каким-то образом перемещать снаряд. [5] Аристотель пришел к выводу, что такое резкое движение в пустоте невозможно. [6]
Несмотря на всеобщее признание, концепция движения Аристотеля несколько раз оспаривалась известными философами на протяжении почти двух тысячелетий . Например, Лукреций (предположительно вслед за Эпикуром ) утверждал, что «состояние по умолчанию» материи было движением, а не застоем. [7] В VI веке Иоанн Филопонкритиковал несоответствие между рассуждениями Аристотеля о снарядах, где среда поддерживает движение снарядов, и его обсуждением пустоты, где среда будет препятствовать движению тела. Филопон предположил, что движение поддерживается не действием окружающей среды, а некоторым свойством, сообщаемым объекту, когда он приводится в движение. Хотя это не было современной концепцией инерции, поскольку все еще существовала потребность в силе, чтобы удерживать тело в движении, это оказалось фундаментальным шагом в этом направлении. [8] [9] [10] Этой точке зрения категорически противостоял Аверроэс и многие философы- схоласты, которые поддерживали Аристотеля. Однако это мнение не осталось незамеченным в исламском мире., где у Филопона действительно было несколько сторонников, которые развили его идеи.
В XI веке персидский эрудит Ибн Сина (Авиценна) утверждал, что снаряд в вакууме не остановится, если на него не воздействовать. [11]
Теория импульса [ править ]
В XIV веке Жан Буридан отверг представление о том, что свойство генерирования движения, которое он назвал импульсом , рассеивается спонтанно. Позиция Буридана заключалась в том, что движущийся объект будет остановлен сопротивлением воздуха и весом тела, которые будут противодействовать его толчку. [12] Буридан также утверждал, что импульс возрастает со скоростью; таким образом, его первоначальная идея импульса во многом была похожа на современную концепцию импульса. Несмотря на очевидное сходство с более современными идеями инерции, Буридан рассматривал свою теорию только как модификацию основной философии Аристотеля, поддерживая многие другие перипатетические идеи.взглядов, включая веру в то, что все еще существует фундаментальная разница между объектом в движении и объектом в состоянии покоя. Буридан также считал, что импульс может быть не только линейным, но и круговым по своей природе, заставляя объекты (например, небесные тела) двигаться по кругу.
Мысль Буридана была продолжена его учеником Альбертом Саксонским (1316–1390) и оксфордскими калькуляторами , которые провели различные эксперименты, которые еще больше подорвали классический, аристотелевский взгляд. Их работа, в свою очередь, была разработана Николь Орем, которая впервые применила практику демонстрации законов движения в виде графиков.
Незадолго до появления теории инерции Галилея Джамбаттиста Бенедетти модифицировал растущую теорию импульса, включив только линейное движение:
«… [Любая] часть телесной материи, которая движется сама по себе, когда на нее воздействует толчок какой-либо внешней движущей силой, имеет естественную тенденцию двигаться по прямолинейному, а не изогнутому пути». [13]
Бенедетти приводит движение камня в праще как пример присущего линейному движению объектов, вынужденных совершать круговое движение.
Классическая инерция [ править ]
По словам историка науки Чарльза Колстона Гиллиспи , инерция «вошла в науку как физическое следствие геометризации пространства-материи Декартом в сочетании с неизменностью Бога». [14]
Принцип инерции, который возник у Аристотеля для «движений в пустоте» [15], утверждает, что объект имеет тенденцию сопротивляться изменению движения. Согласно Ньютону, объект будет оставаться в покое или оставаться в движении (то есть поддерживать свою скорость), если на него не действует чистая внешняя сила, будь то сила тяжести , трения , контакта или какой-либо другой силы. Аристотелевское разделение движения на земное и небесное становилось все более проблематичным перед лицом выводов Николая Коперника в 16 веке, который утверждал, что Земля никогда не находится в состоянии покоя, а фактически находится в постоянном движении вокруг Солнца. [16] Галилей в своем дальнейшем развитии модели Коперника, признал эти проблемы с принятой тогда природой движения и, по крайней мере частично, в результате включил повторное изложение аристотелевского описания движения в пустоте как основного физического принципа:
Тело, движущееся по ровной поверхности, будет продолжать движение в том же направлении с постоянной скоростью, если его не потревожить. [17]
Галилей пишет, что «при удалении всех внешних препятствий тяжелое тело на сферической поверхности, концентричной с землей, будет поддерживать себя в том состоянии, в котором оно было; если оно будет перемещено на запад (например), оно будет поддерживать себя в этом состоянии. движение." [18] Это понятие, которое историки науки называют «круговой инерцией» или «горизонтальной круговой инерцией», является предшественником ньютоновского понятия прямолинейной инерции, но отличается от него. [19] [20] Для Галилея движение является « горизонтальным », если оно не уносит движущееся тело к центру Земли или от него, а для него «корабль, например, однажды получивший некоторый импульс через спокойное море,будет непрерывно перемещаться по земному шару, не останавливаясь ".[21] [22]
Также стоит отметить, что Галилей позже (в 1632 году) пришел к выводу, что, основываясь на этой исходной посылке инерции, невозможно отличить движущийся объект от неподвижного без какой-либо внешней ссылки для сравнения. [23] Это наблюдение в конечном итоге стало основой для Альберта Эйнштейна, который разработал специальную теорию относительности .
Первым физиком, полностью отказавшимся от аристотелевской модели движения, был Исаак Бекман в 1614 году [24].
Концепции инерции в трудах Галилея позже будут уточнены, модифицированы и систематизированы Исааком Ньютоном в качестве первого из его законов движения (впервые опубликованных в работе Ньютона Philosophiae Naturalis Principia Mathematica в 1687 году):
Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, если только оно не вынуждено изменить это состояние под действием приложенных к нему сил. [25]
С момента первоначальной публикации законы движения Ньютона (и, следовательно, этот первый закон) стали основой раздела физики, известной как классическая механика . [26]
Термин «инерция» впервые был введен Иоганном Кеплером в его книге «Epitome Astronomiae Copernicanae» [27] (опубликованной в трех частях с 1617 по 1621 год); однако значение термина Кеплера (который он получил от латинского слова «праздность» или «лень») не совсем то же самое, что и его современная интерпретация. Кеплер определял инерцию только как сопротивление движению, опять же, исходя из предположения, что покой является естественным состоянием, не нуждающимся в объяснении. Только в более поздних работах Галилея и Ньютона, объединивших покой и движение в одном принципе, термин «инерция» мог быть применен к этим концепциям, как и сегодня. [28]
Тем не менее, несмотря на столь элегантное определение этого понятия в своих законах движения, даже Ньютон фактически не использовал термин «инерция» для обозначения своего Первого закона. Фактически, Ньютон первоначально рассматривал явление, которое он описал в своем Первом законе движения, как вызванное «врожденными силами», присущими материи, которая сопротивляется любому ускорению. Принимая во внимание эту точку зрения и заимствуя слова Кеплера, Ньютон приписывал термин «инерция» значению «врожденной силы, которой обладает объект, который сопротивляется изменениям в движении»; таким образом, Ньютон определял «инерцию» как причину явления, а не как само явление. Однако первоначальные идеи Ньютона о «врожденной силе сопротивления» в конечном итоге были проблематичными по ряду причин, и поэтому большинство физиков больше не думают в этих терминах.Поскольку альтернативный механизм не был легко принят, а сейчас общепринято, что может не быть такого, который мы можем знать, термин «инерция» стал означать просто само явление, а не какой-либо внутренний механизм. Таким образом, в конечном итоге «инерция» в современной классической физике стала названием того же явления, которое описывается Первым законом движения Ньютона, и теперь эти две концепции считаются эквивалентными.и теперь эти две концепции считаются эквивалентными.и теперь эти две концепции считаются эквивалентными.
Относительность [ править ]
Альберт Эйнштейн теория «s из специальной теории относительности , как это было предложено в своей работе 1905 г. под названием„ К электродинамике движущихся тел “был построен на понимании инерциальных систем отсчета , разработанных Галилея и Ньютона. Хотя эта революционная теория существенно изменила значение многих ньютоновских понятий, таких как масса , энергия и расстояние , концепция инерции Эйнштейна осталась неизменной по сравнению с первоначальным значением Ньютона. Однако это привело к ограничению, присущему специальной теории относительности: принцип относительности мог применяться только к инерциальным системам отсчета. Чтобы устранить это ограничение, Эйнштейн разработал свойобщая теория относительности («Основы общей теории относительности», 1916 г.), которая предоставила теорию, включающую неинерциальные (ускоренные) системы отсчета. [29]
Вращательная инерция [ править ]
Величина, связанная с инерцией, - это инерция вращения (→ момент инерции ), свойство, при котором вращающееся твердое тело сохраняет состояние равномерного вращательного движения. Его угловой момент остается неизменным, если не приложен внешний крутящий момент ; это также называется сохранением углового момента. Инерцию вращения часто рассматривают применительно к твердому телу. Например, гироскоп использует свойство сопротивляться любому изменению оси вращения.
См. Также [ править ]
- Устройства накопления энергии маховика, которые также могут быть известны как инерционная батарея
- Общая теория относительности
- Горизонтально и вертикально
- Инерционная система наведения
- Инерционный отклик синхронных генераторов в электрической сети
- Кинетическая энергия
- Список моментов инерции
- Принцип маха
- Законы движения Ньютона
- Ньютоновская физика
- Специальная теория относительности
- Теорема Штейнера
Ссылки [ править ]
- ^ Эндрю Motte в английском перевод: Ньютон, Исаак (1846), Ньютон Principia: математические принципы естественной философии , Нью - Йорк: Даниэль Adee, стр. 72
- ^ Аристотель: Незначительные работы (1936),Механические проблемы ( Mechanica ) , Библиотека Чикагского университета : Классическая библиотека Лёба, Кембридж (Массачусетс) и Лондон, стр. 407,
... оно [тело] останавливается, когда сила, которая толкает движущийся объект, больше не может толкать его ...
- ^ Страницы 2–4, раздел 1.1, «Катание на коньках», глава 1, «Вещи, которые движутся», Луи Блумфилд, профессор физики в Университете Вирджинии , « Как все работает: превращение физики из обычного» , John Wiley & Sons ( 2007), твердый переплет, ISBN 978-0-471-74817-5
- ^ Бирн, Кристофер (2018). Наука Аристотеля о материи и движении . Университет Торонто Пресс. п. 21. ISBN 978-1-4875-0396-3. Отрывок страницы 21
- ^ Аристотель, Физика , 8.10, 267a1–21; Аристотель, Физика , пер. Авторы: Р.П. Харди и Р.К. Гей. Архивировано 29 января 2007 г. в Wayback Machine .
- ^ Аристотель, Физика , 4,8, 214b29-215a24.
- ↑ Лукреций, О природе вещей (Лондон: Penguin, 1988), стр. 60–65.
- ^ Сорабджи, Ричард (1988). Материя, пространство и движение: теории в древности и их продолжение (1-е изд.). Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. С. 227–228. ISBN 978-0801421945.
- ^ "Джон Филопон" . Стэнфордская энциклопедия философии . 8 июня 2007 . Проверено 26 июля 2012 года .
- ^ Дорогой, Дэвид (2006). Арка гравитации: история гравитации от Аристотеля до Эйнштейна и не только . Джон Уайли и сыновья. С. 17 , 50. ISBN 978-0-471-71989-2.
- ^ Эспиноза, Фернандо. «Анализ исторического развития представлений о движении и его значение для обучения». Физическое образование. Vol. 40 (2).
- ↑ Жан Буридан: вопросы по физике Аристотеля (цитируется в Impetus Theory )
- ↑ Джованни Бенедетти, выборка из Speculationum , в Stillman Drake и IE Drabkin, Механика в Италии шестнадцатого века, Университет Wisconsin Press , 1969, стр. 156.
- ^ Гиллиспи, Чарльз Coulston (1960). Грань объективности: очерк истории научных идей . Издательство Принстонского университета. С. 367–68 . ISBN 0-691-02350-6.
- ^ 7 абзац раздела 8 книги 4 Physica
- ↑ Николай Коперник, Обороты небесных сфер , 1543 г.
- ^ Подробный анализ этого вопроса см. В статье Алана Чалмерса «Относительность Галилея и относительность Галилея», в журнале « Корреспонденция, инвариантность и эвристика: эссе в честь Хайнца Поста» , ред. Стивен Френч и Хармке Камминга, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, ISBN 0792320859 .
- ^ Дрейк, С. Открытия и мнения Галилея , Doubleday Anchor, Нью-Йорк, 1957, стр. 113–114.
- ↑ См. Статью Алана Чалмерса «Относительность Галилея и относительность Галилея», в « Корреспонденция, инвариантность и эвристика: эссе в честь Хайнца Поста» , ред. Стивен Френч и Хармке Камминга, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, стр. 199–200, ISBN 0792320859 . Однако Чалмерс не считает, что физика Галилея имела общий принцип инерции, круговой или иной.
- ^ Dijksterhuis EJ Механизация картины мира , Oxford University Press, Oxford, 1961, с. 352
- ^ Галилей, Письма о солнечных пятнах , 1613, цитируется в Дрейке, С. Открытия и мнения Галилея , Doubleday Anchor, Нью-Йорк, 1957, стр. 113–114.
- ^ Согласно ньютоновской механике, если снаряду на гладкой сферической планете придать начальную горизонтальную скорость, он не останется на поверхности планеты. В зависимости от начальной скорости и высоты запуска возможны различные кривые. См. Физика Университета Харриса Бенсона, Нью-Йорк, 1991, стр. 268. Если его заставляют оставаться на поверхности, например, зажатым между двумя концентрическими сферами, он будет следовать по большому кругу на поверхности земли, то есть будет только поддерживать в западном направлении при стрельбе по экватору. См. «Использование больших кругов». Использование больших кругов.
- ↑ Галилей, Диалог о двух главных мировых системах , 1632 г. ( полный текст ).
- ↑ van Berkel, Klaas (2013), Isaac Beeckman on Matter and Motion: Mechanical Philosophy in the Making , Johns Hopkins University Press, стр. 105–110, ISBN 9781421409368
- ^ Эндрю Motte в английском перевод: Ньютон, Исаак (1846), Ньютон Principia: математические принципы естественной философии , Нью - Йорк: Даниэль Adee, стр. 83Это обычное утверждение закона Ньютона из перевода Мотте-Каджори, однако, вводит в заблуждение, создавая впечатление, что «состояние» относится только к покою, а не к движению, тогда как оно относится к обоим. Таким образом, запятая должна стоять после слова «состояние», а не «отдых» (Koyre: Newtonian Studies London 1965 Chap III, App A).
- ^ Dourmaskin, Питер (декабрь 2013 года). «Классическая механика: Заметки по курсу MIT 8.01» . MIT Physics 8.01 . Проверено 9 сентября 2016 года .
- ↑ Лоуренс Нолан (редактор), The Cambridge Descartes Lexicon , Cambridge University Press, 2016, «Инерция».
- ^ BIAD, Abder-Рахим (2018-01-26). Восстановление биоэлектрической машины . Lulu Press, Inc. ISBN 9781365447709.
- ↑ Альфред Энгель. Английский перевод: Эйнштейн, Альберт (1997), «Основы общей теории относительности» (PDF) , Нью-Джерси: Princeton University Press, стр. 57 , проверено 30 мая 2014 г.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Баттерфилд, H (1957), Истоки современной науки , ISBN 0-7135-0160-X .
- Клемент, Дж. (1982), "Предубеждения студентов в вводной механике", Американский журнал физики, том 50, стр 66–71.
- Кромби, AC (1959), Средневековая и ранняя современная наука , т. 2.
- Макклоски, М. (1983), «Интуитивная физика», Scientific American , апрель, стр. 114–123.
- Макклоски, М. и Кармацца, А. (1980), "Криволинейное движение в отсутствие внешних сил: наивные представления о движении объектов", Science vol. 210. С. 1139–1141.
- Пфистер, Герберт; Король, Маркус (2015). Инерция и гравитация. Фундаментальная природа и структура пространства-времени . Конспект лекций по физике. Том 897. Гейдельберг: Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-319-15036-9 . ISBN 978-3-319-15035-2.
- Рагеп, Ф. Джамиль (2001a). «Туси и Коперник: движение Земли в контексте». Наука в контексте . Издательство Кембриджского университета . 14 (1–2): 145–163. DOI : 10.1017 / S0269889701000060 .
- Рагеп, Ф. Джамиль (2001b). «Освобождение астрономии от философии: аспект исламского влияния на науку» . Осирис . 2-я серия. 16 (Наука в теистических контекстах: когнитивные измерения): 49–64 и 66–71. Bibcode : 2001Osir ... 16 ... 49R . DOI : 10.1086 / 649338 . S2CID 142586786 .
Внешние ссылки [ править ]
 | В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: Инерция |
- Почему вращается Земля? (YouTube)
