§ 7. Инерция

Определения и обозначения

Инерция — явление сохранения телом состояния покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии внешнего воздействия. Иными словами, тело не меняет своё движение само по себе. Это понятие помогает объяснить поведение пассажиров, грузов и любых предметов при разгоне или торможении.

Инертность — свойство тела сохранять состояние движения или покоя и сопротивляться его изменению. Инертность есть у всех тел, но выражена по-разному. Она нужна, чтобы сравнивать тела: чем больше масса, тем труднее изменить их скорость.

Равномерное прямолинейное движение — движение с постоянной скоростью по прямой линии. Такое движение тело может сохранять по инерции, если на него не действует результирующая сила. Понятие важно для описания движения тела после прекращения разгона.

Состояние покоя — состояние тела, при котором его положение относительно выбранных тел не изменяется. Покой всегда рассматривают относительно какого-либо тела, например дороги или автобуса. Это определение помогает понять, почему пассажир до начала движения покоится относительно автобуса.

Как это устроено

Тело не изменяет скорость само по себе, потому что скорость меняется только при взаимодействии с другими телами. Например, чтобы разогнать мяч, на него нужно подействовать ногой, а чтобы остановить его, нужна сила трения или удар. Если воздействия уравновешены или отсутствуют, тело сохраняет покой либо равномерное прямолинейное движение.

При начале движения автобуса его пол воздействует на ноги пассажира и сообщает им скорость. Верхняя часть тела не сразу получает такое же движение, поэтому по инерции стремится остаться в покое относительно дороги. Из-за этого пассажир отклоняется назад, хотя автобус движется вперёд.

При резком торможении автобус уменьшает скорость под действием тормозов и сил трения. Пассажир до торможения двигался вместе с автобусом, поэтому его тело стремится продолжать движение с прежней скоростью. Ноги замедляются благодаря полу, а верхняя часть тела наклоняется вперёд.

Разные части тела и предметы смещаются неодинаково, потому что они связаны с окружающими телами не одинаково. То, что получает воздействие раньше или сильнее, изменяет движение быстрее, а остальное сохраняет прежнюю скорость. Поэтому при встряхивании ковра ковёр резко движется, а пыль отстаёт и отделяется.

Инерция не является силой, потому что она не представляет собой действие одного тела на другое. Она не может сама сообщить ускорение, то есть изменить скорость или направление движения. Чем больше масса тела, тем сильнее его инертность: тяжёлый предмет труднее разогнать, остановить или повернуть, чем лёгкий.

Проявления инерции в различных ситуациях

Сначала определите, покоилось тело или двигалось до воздействия. Затем сравните, как изменилось движение самого тела и предмета, с которым оно взаимодействовало.

Если тело стремится сохранить прежнее состояние, наблюдаемое явление объясняется инерцией.

Разбор задач

Пассажир в автобусе

Условие. Почему пассажир при резком торможении автобуса наклоняется вперёд, а при резком начале движения — назад? Нужно объяснить оба случая с помощью инерции.

1. При торможении автобус уменьшает скорость, а пассажир до этого двигался вместе с ним.
2. Тело пассажира стремится сохранить прежнюю скорость, поэтому наклоняется вперёд относительно автобуса.
3. При разгоне автобус начинает двигаться, а пассажир сначала сохраняет покой относительно дороги и отклоняется назад.

Ответ. При торможении пассажир продолжает движение вперёд по инерции. При разгоне его тело стремится сохранить покой, поэтому он отклоняется назад.

Брусок на тележке

Условие. На движущуюся тележку положили брусок. Что произойдёт с бруском, если тележка резко остановится? Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

1. До остановки брусок движется вместе с тележкой с некоторой скоростью.
2. При торможении тележка получает воздействие от тормозящей силы, а брусок не сразу меняет свою скорость.
3. Поэтому относительно земли брусок продолжит двигаться вперёд, а относительно тележки сместится к её переднему краю.

Ответ. Брусок по инерции продолжит движение вперёд и может упасть с тележки. Такое произойдёт, если трение не успеет остановить его вместе с тележкой.

Перевозка груза

Условие. Как безопасно перевезти незакреплённый груз в кузове автомобиля, чтобы он не сместился при торможении и разгоне? Нужно применить правило инерции к практической ситуации.

1. Груз следует прочно закрепить ремнями, упорами или перегородками.
2. Водителю нужно начинать движение и тормозить плавно, уменьшая резкость изменения скорости.
3. При размещении груз ставят устойчиво, чтобы он не опрокинулся и не повредил другие предметы.

Ответ. Груз закрепляют и перевозят без резких разгонов и торможений. Тогда внешние воздействия не вызовут опасного смещения предметов.

Типичные ошибки

Ошибка: называть инерцию силой. Так говорят, потому что при инерции тело заметно смещается. Проверьте себя: у инерции нет точки приложения и направления, это явление или свойство, а не воздействие тела.

Ошибка: считать, что движение требует постоянной силы. Такое представление возникает из-за трения, которое обычно замедляет предметы. Представьте движение в космосе без заметного сопротивления: тело может двигаться равномерно без результирующей силы.

Ошибка: утверждать, что при торможении тело само движется вперёд. На самом деле оно сохраняет прежнюю скорость, пока воздействие не изменит её. Проверьте ответ вопросом: какое тело сообщило предмету движение вперёд?

Ошибка: путать инерцию и инертность. Инерция — явление сохранения состояния, а инертность — свойство тела сопротивляться изменению движения. Чтобы не ошибиться, замените термин словами «что происходит» и «каким свойством обладает тело».

Связь с другими темами

До изучения инерции нужно знать, что такое движение, скорость, покой, взаимодействие тел и сила. Эти понятия помогают описывать изменение движения и искать его причину.

Инерция связана с первым законом Ньютона: при нулевой равнодействующей сил тело сохраняет покой или равномерное прямолинейное движение. Это правило уточняет условия сохранения движения.

Дальше тема пригодится при изучении законов Ньютона, массы, импульса, тормозного пути и безопасности транспорта. Инерцию учитывают в расчётах и в повседневных правилах перевозки людей и грузов.

Что запомнить

• Инерция — явление сохранения состояния покоя или движения.
• Тело не изменяет скорость без воздействия других тел.
• При резком начале движения тела сохраняют покой.
• При резкой остановке тела стремятся продолжать движение.
• Инерция не является силой.
• Чем больше масса тела, тем больше его инертность.
• Для безопасности движущиеся предметы необходимо закреплять.