Закон инерции. Сложности в объяснении обыденных явлений

Некоторые процессы и явления, сопровождающие нас постоянно, о природе и причинах возникновения которых мы даже не задумываемся, при более глубоком рассмотрении могут являть неисчерпаемый источник информации о законах и правилах, которым подчиняется весь физический мир.

Казалось бы, что общего между предметом, покоящимся на месте, и совершающим прямолинейное равномерное движение? Законами движения интересовались ещё древние мыслители. «Физика» Аристотеля, датируемая IV веком до н.э., содержит заключения древнегреческого мыслителя о природе покоя и движения. Практически следуя верным путём в попытке дать объяснение этому обыденному явлению, он делает весьма интересное заключение в своём очередном труде «Механика». Аристотель полностью отказался от использования понятия «абсолютная пустота» и сделал вывод, что для любого движения необходимо постоянное воздействие на предмет определённой силы. Он указывает на то, что с прекращением воздействия силы прекращается и движение. Тем самым мыслитель, находясь в шаге от того, чтобы описать закон инерции, последовал по ложному пути.

Два тысячелетия потребовалось человеческой мысли, чтобы поставить под сомнение выводы Аристотеля. Итальянский физик и философ, механик и астроном Галилео Галилей нашёл недочёты в принятой официальной наукой того времени трактовке природы движения. Закон инерции Галилея практически полностью соответствует современному объяснению, но примечательность его заключается в том, что для его формулировки и доказательства невозможно было использовать экспериментальную базу из-за отсутствия идеальных условий. Данное умозаключение итальянский мыслитель осуществил на основе личных наблюдений, путём следования от противного и используя метод исключения.

Таким образом, закон инерции практически является детищем Галилео, хотя и используется современной наукой в Декартовой трактовке. Ещё одной заслугой великого итальянца является указание на то, что свободное движение возможно не только по прямой, но и по окружности. Практически именно это допущение позволило описать вращательное движение по инерции. Закон сохранения момента инерции стал логическим продолжением выводов Галилео.

Впоследствии англичанин Исаак Ньютон создал целую систему законов механики. Он включил закон инерции в эту систему как первый. Но наука не стоит на месте – за время существования ньютоновской системы она многократно подвергалась критике и попыткам пересмотреть заложенные в неё постулаты.

Видео: Момент инерции

Двадцатый век, ставший периодом коренного пересмотра традиционных законов под влиянием эйнштейновских открытий, внёс определённые поправки в трактовку основных законов механики. Но для практического использования, инженерных расчётов и проектирования механических систем до сих пор применяются выводы и формулы традиционной механики.

Когда мы используем на практике закон инерции, то при проведении расчётов приходится делать целый ряд допущений. Добиться существования полноценной инерциальной системы практически невозможно. Зачастую при расчётах проще принимать систему как неинерциальную, что делает невозможным использование законов Ньютона. Рассматривая какой-нибудь агрегат относительно системы отсчёта, за которую мы берём сам автомобиль, мы можем использовать закон инерции до тех пор, пока машина стоит на месте, или равномерно движется. При ускорении и торможении данная система отсчёта полностью теряет свои инерционные свойства.

Можно привести массу примеров, когда приходится в целях получения результата более простыми способами упускать факторы, хоть и имеющие значение, но не оказывающие существенного влияния на конечные выводы. Современная механика вполне допускает подобные вольности, хотя для более точных расчётов требует учёта некоторых факторов за счёт введения различных коэффициентов и поправок.