惯性——定义、类型、样题
当一个物体获得动能并改变位置时,它就处于运动状态。存在三种可能的运动类型,一维、二维和三维运动。一维运动是物体沿直线运动,二维运动是物体在两个轴(xy、yz、zx轴)上运动,三维运动是物体沿三个xyz方向运动。物体的运动是通过参考系来观察的,在图上,原点表示为参考系。然而,物体的运动如何开始或如何停止是一个有趣的问题。让我们详细了解一下这种现象。
惯性
想象一下,结束一整天的工作,倒在沙发上,突然朋友们要求参加一个聚会。在这种情况下,从沙发上起来感觉是最困难的任务,因为累了,沙发上的舒适感一旦被抢走。难道只有人类才有这种情况吗?不。世界上所有其他事物都是如此,更简洁更正式地说,
The property of any object by the virtue of which the object cannot change its state of either in rest or in motion is known as Inertia.
产生惯性的衡量因素是什么?这是质量。物体的质量负责产生惯性,物体的质量越大,物体的惯性就越大。例如,由于自行车的质量较小,只需对自行车施加制动就很容易停下来,但是停止公共汽车或卡车要困难得多,所施加的制动不仅是机械的,而且是电动的,因为它们会停止,因为公共汽车或卡车的质量更大。当这些车辆要启动时也是如此,在公共汽车/卡车上更努力(因为质量更大),在自行车上更努力(因为质量更小)。
惯性的概念
最初,当没有引入惯性的概念时,亚里士多德提出了一个关于运动物体的假设,后来被证明是错误的。因此,伽利略给出的运动物体的概念被称为亚里士多德谬误。
亚里士多德的谬误是基于对运动物体的日常观察。想象一个运动中的球,不久前被抛出,一段时间后,球必须停下来。亚里士多德假定这是一种自然现象,而不是摩擦行为,因此声称运动中的物体总是有一些外力施加在它上面,否则它就会静止。这个概念与惯性概念相矛盾。
惯性概念后来由著名的伽利略建立,也被称为牛顿第一运动定律。它指出,如果一个物体在斜面上自由落体或滚下,则物体行进的距离与时间成正比。让 s 是距离, t 是经过的时间,
s ∝ t 2
伽利略做了一个实验来发现这个概念。伽利略决定将球放在两种倾斜平面上,如下图所示。第一个实验使两个平面相等,观察到当表面非常光滑时,球从一定高度滚下时会达到相同的高度。在第二个实验中,另一个斜率减小并观察到球仍然达到相同的高度。
同样,当平面的斜率完全消除后,球将达到无穷大,但由于摩擦的存在,它会在某一点后停止。因此,亚里士多德的概念被证明是错误的,因为如果不存在任何摩擦(假设),运动中的物体将始终保持运动。
惯性类型
- 静止惯性:由于物体内部存在惯性(相反的力),物体保持静止,直到且除非施加大于惯性力的外力。
- 运动中的惯性:运动中的物体保持运动,直到且除非外力(可能是刹车、摩擦等)施加到身体上。
- 惯性方向:在一个方向上移动的物体保持在同一方向,直到并且除非施加一些力来改变物体的方向。
概念问题
问题一:坐公交车时,踩刹车,公交车上的人应该前进还是后退,还是保持原状?
回答:
When brakes are applied on a bus in motion. People will move forward with a jerk. This is because people along with the bus are in motion, and when brakes are applied on the bus, people are still in motion due to the inertia in motion. Therefore, they still want to move forward and be in motion, and hence they move forward with a jerk.
问题二:为什么要拍打地毯去除尘?
回答:
The concept of inertia plays a role in the most minute things done in daily life. A carpet is beaten to remove dust because the carpet and the dust sticking to the carpet are both at rest, and when the carpet is beaten, the dust still remains at rest and falls down.
问题3:牛顿哪条定律与惯性概念相似?
回答:
Newton’s first law is similar to the concept of inertia. It states that a body at rest remains at rest until an external force is applied to it and a body in motion remains in motion until a force is applied to it.
问题4:坐在火车上,火车突然启动,为什么坐在里面的人会后退?
回答:
The people initially were at rest along with the train and when force is applied on the train to move it forward, people in the train are still at rest, and therefore due to the inertia at rest, they want to be at rest and hence, they move backward.
问题5:有两种不同质量的物体,一种是50kgs,另一种是30kgs。哪个物体的惯性更大,为什么?
回答:
The inertia of an object depends on the mass it has, therefore the greater the mass, the more will be the inertia. Hence, the object having more mass will have more inertia. The object having a mass of 50kgs will have more inertia.
问题6:铅笔和铁椅子哪个惯性更大?
回答:
The inertia of an object depends on the mass it has, therefore the greater the mass, the more will be the inertia. Hence, the object having more mass will have more inertia. Therefore, the iron chair will have more inertia.