Инерция

Представьте ситуацию: вы едете в автомобиле или автобусе. Если транспорт резко трогается с места, что с вами происходит? Ваше тело наклоняется назад. Движение началось, а ваше тело будто продолжает находиться в состоянии покоя.

А если резко затормозить? Вас потянет вперед. Хоть автомобиль/автобус и остановился, ваше тело продолжает движение, хоть и в течение всего нескольких секунд.

Что же происходит в данных ситуациях? Какое физическое явление может описать это? Для того чтобы ответить на эти вопросы, нам понадобится разобраться с причинами движения, когда оно возникает и как изменяется его скорость.

Изменение скорости движения

Наблюдения и опыты показывают, что скорость тела не может изменяться сама по себе. Рассмотрим несколько простых примеров.

Изменение скорости в начале движения

В детстве вы наверняка играли с машинками, и имеете представление о том, что нужно сделать, чтобы машинка приобрела скорость. На нее требуется воздействовать с некоторой силой (рисунок 1). Если машинку не трогать, то она так и останется стоять на том же месте.

Футбольный мяч лежит на поле. Ударом мы приводим его в движение (рисунок 2). Сам мяч не начнет двигаться, пока не него не подействует какое-нибудь другое тело.

То есть и игрушечная машинка, и футбольный мяч не меняют свою скорость и не начинают движение, пока на них не подействуют другие тела.

{"questions":[{"content":"Физические тела приходят в движение[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["под действием других тел","сами по себе","Зависит от ситуации"],"answer":[0]}}}]}

Изменение скорости в конце движения

Хорошо, если никак не воздействовать на тело, то оно и начнет движение. А если тело уже находится в движении, и его скорость начинает изменяться или вообще становится равной нулю? Это тоже не происходит без причины.

Как может остановиться игрушечная машинка? Например, она остановится, если столкнется с другой игрушкой (рисунок 3).

После того, как мы пнули мяч, он будет катиться по земле. Из-за этого на него будет действовать сила трения о землю. В итоге, он остановится (рисунок 4).

Значит, тела уменьшают свою скорость и останавливаются под действием других тел, а не сами по себе.

Изменение направления движения

Помимо численного значения, скорость имеет и направление. Направление также может изменяться во время движения:

• во время игры в футбол, мяч меняет свое направление после того, как игроки ударяет его ногами (рисунок 5);
• игрушечная машинка поедет в другую сторону, если ребенок толкнет ее.

Заметим, что направление движения меняется даже у молекулы газа после удара о стенку о стенку сосуда или столкновения с другой молекулой.

Так мы можем сказать, что изменение направления скорости происходит под действием другого тела.

{"questions":[{"content":"В результате воздействия на движущееся тело мы [[fill_choice-15]] изменять направление этого движения.","widgets":{"fill_choice-15":{"type":"fill_choice","options":["можем","не можем"],"answer":0}}}]}

Выводы

Сделаем вывод. В результате чего изменяется скорость тела?

Изменение скорости тела (ее величины и направления) происходит в результате действия на него другого тела.

{"questions":[{"content":"Причина изменения скорости движущегося тела – это[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["действие на него других тел","отсутствие действия на него других тел","инерция","Криволинейное движение"],"answer":[0]}}}]}

Сохранение скорости движения

Какой опыт показывает, как изменяется скорость тела при возникновении препятствия?
Рассмотрим такой опыт, проиллюстрированный на рисунке 6.

В нашем распоряжении небольшая горка, которую продолжает прямая поверхность, песок и тележка. Насыпаем песок недалеко от горки (рисунок 6, а). Запустим тележку. Скатившись с горки и уткнувшись в песок, тележка быстро остановится.

Теперь попробуем выровнять песок и снова запустить тележку.  На этот раз тележка пройдет большее расстояние, прежде чем остановиться (рисунок 6, б).

Полностью убрав песок с поверхности, повторим опыт (рисунок 6, в). Теперь тележка пройдет еще большее расстояние. Ее скорость будет уменьшаться, но гораздо медленнее – теперь препятствует ее движению только сила трения о поверхность. Также мы можем заметить, как от неравномерного движения (резкая остановка, движение по песку) движение тележки становится ближе к равномерному.

Итак, чем меньше действие другого тела на тележку, тем дольше сохраняется скорость ее движения и тем ближе оно к равномерному.

{"questions":[{"content":"Чем меньше действие других тел на движущееся тело, тем [[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["дольше сохраняется скорость его движения","меньше сохраняется скорость его движения","дольше будет время его движения"],"answer":[0]}}}]}

Инерция

А как тогда движется тело, если на него не действуют другие тела? Галилео Галилей (рисунок 7), благодаря своим опытам, установил, что в таком случае тело будет находиться или в покое, или двигаться равномерно и прямолинейно относительно Земли.

Здесь и появляется понятие инерции.

Инерция – это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.

Термин произошел от лат. inertis – бездеятельный. Так называли людей, которые ничего не хотели менять, и заставить их что-то сделать было очень трудно. Похожая ситуация в физике: если тело обладает большой инертностью, то изменить его скорость очень тяжело.

{"questions":[{"content":"Если на тело не действуют другие тела, то оно[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["находится в состоянии покоя","движется равномерно и прямолинейно","замедляется","ускоряется","движется неравномерно и криволинейно"],"answer":[0,1]}}}]}

Примеры инерции

Вернемся к нашему самому первому примеру в данном уроке. Теперь мы можем его объяснить. Когда автобус резко тормозит, пассажиры по инерции начинают отклоняться. Тело продолжает двигаться, несмотря на то, что сам автобус уже сбросил скорость. И наоборот, когда автобус резко трогается с места, люди отклоняются, так как их тела сопротивляются изменению скорости.

Разогнавшись на самокате, мы продолжаем двигаться, не прилагая больше никаких усилий (рисунок 8). В этот момент мы двигаемся по инерции. Самокат сохранял бы свою скорость, если бы на его колеса не действовала сила трения.

Танкер, например, начинает торможение за несколько километров до порта назначения, когда даже не видно берега, так как у него огромная масса и инертность (рисунок 9). Отключив двигатели, он будет продолжать двигаться ещё очень долго.

В регби и других контактных видах спорта, где часто происходят столкновения, инертность играет ключевую роль. Чем инертнее спортсмен, тем тяжелее его остановить.

{"questions":[{"content":"Из-за какого свойства тел для изменения скорости их движения требуется некоторое время?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["шероховатость","тяжесть","инертность","жесткость"],"explanations":["","","Свойство инертности тел заключается в том, что для изменения их скорости нужно некоторое время.",""],"answer":[2]}},"hints":[]}]}

Упражнения

Когда мы встряхиваем термометр, то и он, и ртуть внутри него, движется вместе в нашей рукой. Когда наша рука останавливается, останавливается и градусник, потому что мы плотно его держим. А вот ртуть внутри термометра продолжает свое движение по инерции — столбик падает.

При езде на автомобиле человек движется вместе с ним. Если автомобиль вдруг резко затормозит (например, при аварии), человек внутри автомобиля продолжит двигаться по инерции и может вылететь из машины или сильно удариться. Ремень безопасности же удерживает людей в сиденьях, не позволяя получить травмы.

Для того, чтобы достать маленькую монетку, нужно резко выдернуть салфетку. Стакан, придавливающий две большие монеты, останется вместе с ними на месте. В это время маленькая монетка останется на салфетке — она попадет к вам в руки, после того, как вы резко дернете эту самую салфетку.