Potresti pensare all'inerzia come a una misteriosa forza che ti impedisce di fare qualcosa che devi fare, come i tuoi compiti, ma non è ciò che i fisici intendono con la parola. In fisica, l'inerzia è la tendenza di un oggetto a rimanere a riposo o in uno stato di moto uniforme. Questa tendenza dipende dalla massa, ma non è esattamente la stessa cosa. Puoi misurare l'inerzia di un oggetto applicando una forza per cambiarne il movimento. L'inerzia è la tendenza dell'oggetto a resistere alla forza applicata.
Il concetto di inerzia deriva dalla prima legge di Newton
Perché oggi sembrano così di buon senso, è difficile apprezzare come le tre leggi rivoluzionarie di Newton di movimento erano alla comunità scientifica del tempo. Prima di Newton e Galileo, gli scienziati avevano sostenuto una credenza di 2000 anni fa che gli oggetti avevano una naturale tendenza a riposare se lasciati soli. Galileo affrontò questa convinzione con un esperimento che coinvolgeva piani inclinati che si fronteggiavano. Concluse che una palla che andava su e giù per questi piani avrebbe continuato a salire alla stessa altezza per sempre se l'attrito non fosse un fattore. Newton usò questo risultato per formulare la sua Prima Legge, che afferma:
Ogni oggetto continua nel suo stato di riposo o di movimento in linea retta se non agito da una forza esterna.
I fisici considerano questo enunciare la definizione formale di inerzia.
Inerzia Varia con massa
Secondo la seconda legge di Newton, la forza (F) richiesta per cambiare lo stato di movimento di un oggetto è il prodotto dell'oggetto massa (m) e l'accelerazione prodotta dalla forza (a):
F = ma
Per capire come la massa è correlata all'inerzia, considera una forza costante F c che agisce su due corpi diversi. Il primo corpo ha massa m 1 e il secondo corpo ha massa m 2. Quando agisce su m 1, F c produce un'accelerazione a 1 : (F c = m 1a 1) Quando agisce su m 2, produce un'accelerazione a 2: (F c = m 2a 2) Poiché F c è costante e non cambia, vale quanto segue: m 1a 1 = m 2a 2 e m 1 /m 2 = a 2 /a 1 Se m 1 è maggiore di m 2, allora sai che 2 sarà più grande di un 1 per rendere entrambi uguali F c, e viceversa. In altre parole, la massa dell'oggetto è una misura della sua tendenza a resistere alla forza e continuare nello stesso stato di movimento. Sebbene la massa e l'inerzia non significhi esattamente la stessa cosa, l'inerzia viene solitamente misurata in unità di massa. Nel sistema SI, le sue unità sono grammi e chilogrammi, e nel sistema britannico, le unità sono lumache. Gli scienziati di solito non discutono di inerzia nei problemi di movimento. Di solito discutono di massa. Momento di inerzia Un corpo rotante ha anche la tendenza a resistere alle forze, ma perché è composto da una raccolta di particelle che si trovano a varie distanze dal centro di rotazione gli scienziati parlano del suo momento di inerzia piuttosto che della sua inerzia. L'inerzia di un corpo in movimento lineare può essere equiparata alla sua massa, ma calcolare il momento di inerzia di un corpo rotante è più complicato perché dipende dalla forma del corpo. L'espressione generalizzata per il momento di inerzia (I) o un corpo rotante di massa m e raggio r è I = kmr 2 dove k è una costante che dipende dal forma del corpo. Le unità del momento di inerzia sono (massa) • (distanza tra massa da asse a rotazione) 2.
