Закон инерции

Движение и взаимодействие тел подчиняются ряду законов. Одним из таких законов является первый закон Ньютона, или закон инерции. Рассмотрим этот закон более подробно.

Движение по инерции

С древних времен считалось, что тела движутся только под влиянием других тел. Г. Галилей был первым, кто открыто усомнился в этом.

Рис. 1. Галилей.

В своих трактатах он приводил пример, что если ускоренное тело движется в гору, то его скорость уменьшится, если пойдет под гору, то увеличится. Логично предположить, что на плоской поверхности тело не изменит скорость, а в реальном мире скорость тела уменьшается только потому, что есть сопротивление движению в виде трения.

Проведя множество опытов, Г. Галилей пришел к выводу, что при отсутствии сил, действующих на тело, оно будет продолжать двигаться. Это явление называется инерцией и присуще всем материальным объектам. Движение, при котором на тело не действуют другие тела, называется движением по инерции.

Первый закон И. Ньютона

Идеи Г. Галилея были развиты И. Ньютоном и воплотились в Первом законе движения, который в настоящее время носит его имя.

Рис. 2. Ньютон.

Первый закон Ньютона гласит, что любое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока равнодействующая всех сил, действующих на него, равна нулю.

В математической форме формула закона инерции описывается выражением:

\overrightarrow v=const, где \overrightarrow F_{равно}=0

Обратите внимание на векторный характер этого закона. Тело сохраняет постоянную скорость как по модулю, так и по направлению. То есть наличие силы и тела, от которого действовала бы эта сила, требуется не только для изменения модуля скорости, но и для изменения направления движения, хотя модуль скорости не меняется. Любое криволинейное движение возможно только при воздействии других тел на материальную точку.

Например, равномерное движение материальной точки по окружности невозможно без воздействия на нее других материальных точек. Точки вращающегося диска движутся по кругу только потому, что на них постоянно действуют силы со стороны оси вращения и точек на противоположном конце диска. Если диск разорвется и эти силы исчезнут, осколки разлетятся в разные стороны, доказывая справедливость первого закона Ньютона.

Использование закона инерции

Свойство тел двигаться по инерции широко используется в технике и в быту. Самый простой пример — забивание гвоздей. Молоток после удара по шляпке гвоздя продолжает движение в том же направлении, забивая гвоздь в дерево до тех пор, пока сила сопротивления не остановит его. Другой пример — игрушки с приводом от маховика. После того, как маховик откручен, он довольно долго качается, двигая в это время игрушку.

Рис. 3. Игрушки с маховиком.

Маховик является обязательной частью двигателей внутреннего сгорания с одним цилиндром, он позволяет плавно проходить так называемые «мертвые» точки. В тупиках энергия топлива не может быть передана коленчатому валу. И только наличие маховика позволяет проходить мертвые зоны без остановки.