▷ 物理学における慣性とは何ですか? (例)

この記事では、物理学における慣性の概念とその特徴について説明します。存在するさまざまなタイプの慣性といくつかの例が見つかります。最後に、その意味をよりよく理解するために、いくつかの関連概念も示します。

物理学における慣性とは何ですか?

物理学において、慣性とは、物体が運動状態または静止状態を維持する性質のことです。簡単に言うと、慣性とは、速度や方向などの運動状態を変更しようとするときに物体が受ける抵抗です。

したがって、体やシステムが不活性であればあるほど、その運動や休息の状態を修正するのは難しくなります。これは、運動状態を変化させるにはより大きな力を加えなければならないことを意味します。

たとえば、均一な直線運動 (一定速度) で移動する物体は、物体の慣性が大きくなるほど、速度を変更するのが難しくなります。逆に慣性が小さければ、外力を加えることで速度を変えることは比較的容易です。

物理学では、慣性はさまざまなタイプに分類できます。

熱慣性: 物体またはシステムの温度を変更することの難しさであり、このタイプの慣性は物体またはシステムの熱容量に依存します。したがって、熱慣性が大きい物体を加熱または冷却することは困難になります。
機械的慣性: 身体またはシステムが運動または静止状態を修正することの困難さで構成され、身体またはシステムの質量とその配分方法によって異なります。機械的慣性は 4 つのサブタイプに分類できます。
- 静的慣性: 静止している物体の慣性です。
- 動的慣性: これは、移動する物体によって示される慣性です。
- 並進慣性: これは、移動する物体に現れる慣性です。
- 回転慣性: これは、回転する物体、つまりそれ自身を中心に回転する物体が持つ慣性です。

物理学における慣性の定義を見た後、概念をよりよく理解するためにいくつかの例を見ていきます。

たとえば、物体を動かすためにそれに加えなければならない力は、その慣性によって異なります。重量が大きくなるほど慣性が大きくなるため、動かすのが難しくなります。逆に軽いものは動かしやすいです。
慣性の影響のもう 1 つの例は、車のブレーキです。車が高速で走行している場合、車の慣性が大きくなるため、ブレーキをかけるために必要な力も大きくなります。
最後に、子供をブランコに乗せようとするとき、子供の体重が重い場合、慣性が大きくなるため、押すのがより困難になります。このケースは、スイングがスイング軸の周りを回転するため、回転慣性の例になります。

慣性の原理はニュートンの第一法則とも呼ばれ、次のように述べています。

外力が作用しない場合、物体は静止または一定の速度を保ちます。したがって、運動状態または静止状態を変更するには、物体に力を加える必要があります。

慣性原理のわかりやすい例は、力が作用するまで物体は動かないため、地面に残るあらゆる物体です。

名前が示すように、この法則は古典力学の基礎を築いた物理学者アイザックニュートンによって最初に定式化されました。

慣性力は、物理学において非慣性参照系、つまり速度の大きさや方向を変える参照系上で物体を研究するときに現れる架空の力です。

言い換えれば、これらは物理法則、特にあらゆるタイプのシステムが応答しなければならない方程式が尊重されるように「発明された」力の一種です。

$\vv{F}=m\cdot \vv{a}$

論理的には、慣性力は回転プラットフォームなどの非慣性座標系でのみ考慮されるべきです。たとえば、地面を基準系 (一般的な基準系) として使用する場合、この種の力を含める必要はありません。

慣性モーメントは、物体またはシステムの回転慣性を測定する方法です。したがって、慣性モーメントは、回転軸に対する物体またはシステムの質量の分布を示します。

したがって、慣性モーメントは、本体またはシステムの形状と回転軸の位置に依存します。

システムの慣性モーメントを計算する式は次のとおりです。

$I=\displaystyle\sum m_i\cdot r_i^2$

ここで、 _{mi は}システム内の各粒子の質量、r _iは各粒子とスピン軸の間の最小距離です。

慣性モーメントの単位は kg m ²です。