¿Es la inercia una fuerza? Tiene talla?

En el sistema de mecánica newtoniana, la fuerza de inercia siempre ha existido e influido en la construcción y aplicación de la mecánica, aportando infinitos beneficios a las personas. Confusión, pensamiento y debate, este es un problema extraordinario que es fácil y difícil de decir, y requiere que la gente piense y explore. La visión dominante en el campo de la mecánica niega que la fuerza inercial sea una fuerza real, y sólo unas pocas personas han propuesto la teoría de la fuerza real. En este caso, inferir y demostrar que la fuerza de inercia es una fuerza real sólo puede correr el riesgo de la desaprobación del mundo.

La creación y construcción de las disciplinas científicas que hoy aplicamos y estudiamos se completaron en Europa. Entre muchos temas, la mecánica newtoniana es el problema más importante. Hoy en día, el conocimiento y la comprensión de diversos conceptos de la mecánica se basan en teorías de extranjeros. Los juicios y explicaciones de la gente sobre la inercia y las fuerzas de inercia son todos paráfrasis de lo que otros han dicho. Por lo tanto, los ciertos juicios erróneos señalados en este artículo no se refieren a los errores de ninguna persona en particular, así que no lo tome como algo personal.

1. Definición de fuerza de inercia

Los mecánicos suelen creer que las leyes físicas expresadas por la primera ley de Newton y la segunda ley de Newton son válidas en sistemas inerciales, pero no se aplican a sistemas no inerciales. Sistemas inerciales En el marco inercial, en el marco no inercial, para que la ley de movimiento de Newton siga siendo válida, a menudo se introduce una fuerza imaginaria para explicar el movimiento del objeto en el marco no inercial. Esta fuerza imaginaria se introduce debido a la inercia del objeto y por eso se denomina "fuerza de inercia". Debido a que se cree que la fuerza de inercia realmente no existe, también se introduce: la fuerza de inercia es una manifestación de la inercia de los objetos en un sistema no inercial y no refleja la interacción entre objetos. Tercera ley de Newton. El objeto no Cuando se ejerce fuerza, no hay fuerza de reacción. Esta última afirmación es un poco desconcertante y parece haber algunas dudas sobre esta fuerza imaginaria, porque la fuerza imaginaria inexistente no requiere más pruebas ni contrastes.

Afectado por la comprensión y explicación anterior, el concepto de fuerza inercial solo se encuentra en las guías de enseñanza individuales de la escuela secundaria y en los libros de texto de "Física universitaria" y "Mecánica teórica" ​​de algunas especialidades universitarias. este concepto son Las explicaciones también son diferentes y se pueden resumir en los siguientes tres tipos:

Definición 1: Cuando un objeto acelera, la inercia del objeto lo mantendrá en su estado de movimiento original. La definición explica con más detalle: debido a la fuerza de inercia, de hecho, solo existe la fuerza del objeto cuando se acelera originalmente. Por lo tanto, la fuerza de inercia también se llama fuerza virtual o fuerza virtual.

Definición 2: Cuando un objeto es sometido a una fuerza que cambia su estado de movimiento, la inercia del objeto resistirá este cambio. La fuerza de reacción sobre el objeto que ejerce la fuerza se llama fuerza de inercia. Además de la definición, también se dice que la fuerza de inercia es una fuerza virtual o fuerza virtual.

Definición 3: La fuerza inercial es la fuerza ejercida sobre un objeto en un sistema no inercial, que se genera por el movimiento acelerado del propio sistema no inercial. Luego explique que la fuerza inercial sólo tiene sentido en un sistema no inercial. Sin embargo, es diferente de la interacción entre objetos. No hay fuerza ejercidora ni fuerza de reacción. , esta fuerza se puede medir y sentir y, en este sentido, la fuerza de inercia es como una fuerza real.

La fuerza de inercia en la definición 1 es una fuerza virtual pura. La definición 2 es una definición apropiada y razonable. No parece falsa, sino más bien una descripción de una fuerza real, pero su explicación hace que la gente se sienta irreal. La definición 3 parece creer que la fuerza inercial tiene realidad desde cierto aspecto. Al describirla, es mitad verdadera y mitad falsa, mitad verdadera y mitad falsa, pero no está seguro.

Este artículo acepta la definición 2, pero cree que la fuerza de inercia es fuerza y ​​que existen objetos que ejercen naturalmente y fuerzas de reacción.

2. Expresión de la fuerza de inercia de Newton

Cuando Newton creó la mecánica newtoniana, no distinguió entre los conceptos de fuerza de inercia y fuerza de inercia. Por ejemplo, definió la fuerza de inercia en "Principios matemáticos de la filosofía natural" como: "una fuerza inherente a la materia, una fuerza que actúa como resistencia, que existe en cada cuerpo, es igual en magnitud al cuerpo, y que permanezca en su estado actual, ya sea en reposo o moviéndose en línea recta a una velocidad uniforme "Desde la perspectiva actual, "la fuerza inherente de un objeto" es obviamente incorrecta. La fuerza inherente de un objeto sólo puede ser la gravedad y la característica inherente de un objeto es la inercia. Newton tiene razón al usar "resistencia" para representar la fuerza de inercia. La fuerza de inercia "permanece en su estado actual, ya sea estacionaria o moviéndose en una línea recta uniforme". Ésta es la confusión entre inercia y fuerza de inercia.

Quizás hasta hoy la ciencia gubernamental occidental no haya aclarado teóricamente la confusión entre estos dos conceptos.

Después de dar la definición de fuerza de inercia, Newton explicó: “Esta fuerza es siempre proporcional al centro de gravedad del objeto:” Esta fuerza siempre es proporcional al objeto. Proviene de la inercia del objeto. objeto No hay diferencia con la inercia de un objeto, aquí lo estudiamos según nuestras ideas. Debido a la inercia de la materia, no es fácil que un objeto cambie su estado de reposo o de movimiento. Desde este punto de vista, esta fuerza inherente puede denominarse con el nombre más apropiado, es decir, fuerza de inercia o fuerza de inercia. Sin embargo, esta fuerza solo se generará cuando otras fuerzas actúen sobre el objeto, o cuando el estado del objeto cambie. La acción de esta fuerza puede considerarse como una fuerza de resistencia o una fuerza repulsiva cuando el objeto. mantiene su estado actual y resiste la fuerza externa, se comporta como resistencia cuando un objeto no cede fácilmente a la fuerza externa y quiere cambiar al estado de fuerza externa, se comporta como fuerza repulsiva; La resistencia suele asociarse con objetos estacionarios, mientras que la repulsión suele asociarse con objetos en movimiento. Sin embargo, como suele decir la gente, el movimiento y el reposo sólo se pueden distinguir relativamente, y en general se cree que los objetos estacionarios no siempre son verdaderamente estacionarios."

Desde la perspectiva actual, aunque la explicación de Newton no está clara, pero es básicamente cierto: "Debido a la inercia de la materia, no es fácil que un objeto cambie su estado de reposo o de movimiento. Por lo tanto, esta fuerza inherente puede recibir el nombre más apropiado, a saber, fuerza de inercia o fuerza de inercia. Sin embargo, un objeto sólo genera esta fuerza cuando otras fuerzas actúan sobre él o cambia su estado, y la acción de esta fuerza puede considerarse como una resistencia...". Este pasaje básicamente explica La naturaleza de la fuerza de inercia es que " "Fuerza inherente" es inapropiada. "Fuerza inercial o fuerza inercial" confunde los dos conceptos relacionados de fuerza inercial y fuerza inercial.

Mucha gente piensa que la fuerza inercial es newtoniana para compensar. "Una fuerza imaginaria introducida por el movimiento de un objeto que no satisface las leyes de movimiento de Newton en un sistema de referencia no inercial", pero el significado de fuerza inercial no puede verse a partir de la definición y explicación de Newton de la fuerza inercial, especialmente lo que él consideraba "la fuerza inherente de la materia". ", obviamente expresa una fuerza real en lugar de una fuerza imaginaria o virtual. Por lo tanto, la declaración imaginaria o virtual de la fuerza inercial ha violado la intención original de Newton y no debe atribuirse a Newton.

La declaración de que La fuerza de inercia es una fuerza virtual o una fuerza falsa es una afirmación de un recién llegado a la mecánica newtoniana. No importa quién la propuso, todo fue con el propósito de poder operar en una. Sistema no inercial. Aplicar las leyes del movimiento de Newton para resolver problemas.

Newton es el gigante científico líder en la ciencia humana. La mecánica newtoniana es solo una parte de la riqueza de conocimientos que aportó a la humanidad. y la ley de la gravitación universal para Newton. La mecánica sentó las bases y construyó la estructura. La construcción y reparación continua de esta ciencia es mérito de los trabajadores de la construcción que se dedicaron a los trabajos de construcción en ese momento y, de hecho, los newtonianos. La mecánica que construyó un sistema completo no se ha completado por completo hasta el día de hoy (la mecánica de Newton no se ha completado por completo). De hecho, el trabajo de construir un sistema mecánico newtoniano perfecto no se ha completado por completo hasta el día de hoy (la mecánica de Newton todavía tiene ciertos defectos). ). No podemos exigir que nuestros predecesores creen o nos dejen atributos de conocimiento perfectos, sus imperfecciones son el espacio creativo que los predecesores dejan a las generaciones futuras, debemos respetar y agradecer los fenómenos de fuerza inercial virtual. no se agregará

Imagínese una columna El tren se detuvo en una vía recta y el vagón era lo suficientemente largo. Se colocó una pequeña bola sobre la mesa de café lisa. Cuando el tren comenzó a acelerar, la bola lo hizo. No se mueve a los ojos de las personas en el suelo, pero desde la perspectiva de las personas en el tren, la bola se mueve en la dirección opuesta a la del tren, y su aceleración es igual y opuesta a la aceleración del tren. fuerza sobre la pelota, se encontró que la pelota solo se ve afectada por la gravedad y la acción de la fuerza de apoyo, y estas dos fuerzas están equilibradas en la dirección vertical, una pelota pequeña sin fuerza externa no lo hará. moverse por sí solo bajo cualquier circunstancia, pero de hecho, la pelota en el tren La gente vio la pelota moverse, por lo que agregaron una fuerza de inercia aquí para empujar la pelota hacia adelante.

El movimiento de la pelota parece. tiene una fuerza, pero en realidad no hay fuerza. Esto es. La inercia del objeto hace que parezca que la pelota se está moviendo, pero en realidad el auto se está moviendo.

El tren está estacionario y la pelota está estacionaria sobre la mesa de café. El tren se mueve (acelera) y la pelota permanece en su estado estacionario original debido a la inercia, es decir, no se mueve con respecto a la posición original del suelo. Debido a la fricción entre la bola y la mesa, el movimiento del tren no puede impulsar la bola y se mueven juntos, y el tren ve la bola moverse hacia la parte trasera del tren, lo que hace que acelere. Este es un efecto relativista de. dos objetos en movimiento. El tren comienza a acelerar. La gente en el tren ve la pelota moviéndose hacia atrás y un árbol afuera de la ventana moviéndose hacia atrás. Obviamente no podemos pensar que el árbol se está moviendo y agregarle una fuerza virtual.

El ejemplo anterior no prueba la existencia de la fuerza de inercia, pero resalta la característica de "sujeción" de la fuerza de inercia, es decir, la pelota permanece estacionaria con respecto al suelo. El fenómeno del movimiento de la pelota con respecto al tren es una manifestación de la inercia de la pelota, no la aparición de una fuerza de inercia. La introducción de la fuerza de inercia virtual en la mecánica newtoniana sólo explica formalmente el fenómeno observado por el tren, pero no comprende ni resuelve el problema en esencia. En particular, induce a error a la gente a distinguir y comprender los diferentes conceptos de inercia y fuerza de inercia. Cuando el tren acelera, el movimiento de la pelota en el tren no viola la ley de movimiento de Newton. Si la pelota no se mueve, no cumple con la ley de inercia de Newton.

La nueva explicación puede no ser aceptable para el fenómeno de las pequeñas bolas que se mueven en el tren. Pongamos otro ejemplo donde se ignora la influencia de la resistencia del aire cuando el tren no está en contacto: hay un pájaro en el camino. el tren parado en su posición original. En vuelo, cuando el tren acelera, el pájaro se moverá hacia la parte trasera del tren y su velocidad está relacionada con la velocidad del tren. Este fenómeno es el mismo que el movimiento de la pelota. Debido a que el tren no tiene restricciones sobre la pelota y el pájaro, el movimiento del tren no puede impulsar la pelota y el pájaro hacia adelante juntos. Hay un problema que debe explicarse aquí. El tren circula a velocidad constante sobre una vía plana. Después de que un pájaro que se encuentra en algún lugar del tren despega, si no vuela en una dirección determinada, seguirá en su posición. en relación con el vagón, no se moverá hacia la parte trasera del vagón ya que el cuerpo del pájaro mantiene la velocidad del tren.

La razón por la cual el movimiento de la pelota en el ejemplo anterior hace que las personas malinterpreten el efecto de una fuerza fuerte puede estar relacionada con el hecho de que la pelota se mueve con una aceleración uniforme. Cuando las personas en el auto ven la pelota, aceleran. A diferencia del movimiento inercial de la pelota pateada, debe haber aceleración y fuerza externa. Si no se puede encontrar esta fuerza, dale una fuerza virtual. Es difícil imaginar por qué los investigadores originales manejaron el problema de esta manera. Para ser precisos, debería ser que cuando veas la aceleración de la pelota, puedas pensar fácilmente en el tren acelerando. Esta es una buena manera de mantener la pelota estacionaria. en el marco inercial (el suelo). El estado de inercia sirve como "fuerza" después del movimiento.

Similar al ejemplo anterior es el balanceo de las personas en el gran auto: cuando el gran auto frena, las personas en el auto se inclinan hacia adelante debido a la inercia, y las personas debajo El auto parece estar temblando. Si una fuerza lo empuja hacia adelante, se considera que hay una fuerza de inercia trabajando en el auto. Quien envía esta fuerza de inercia no puede encontrar a la persona o cosa que ejerce la fuerza, por lo que la gente continúa llamando a esta fuerza de inercia fuerza virtual o fuerza imaginaria. Cuando una persona está en un automóvil, se mueve con el automóvil. Cuando el movimiento del automóvil cambia, los pies de la persona no se mueven debido a la fuerza de fricción. Dado que las articulaciones del cuerpo no pueden ser consistentes con los pies, las partes de arriba. los pies mantienen el estado original de movimiento, por lo que el cuerpo se mueve hacia adelante o hacia atrás, de hecho, no hay fuerza de inercia para este efecto de inclinación o inercia.

En el ejemplo anterior, la "fuerza de inercia" es una fuerza virtual creada a partir de la nada. Debido a esta fuerza de inercia virtual, cuando aparece la fuerza de inercia real, la gente todavía está confundida con la fuerza de inercia virtual y no puede distinguir entre las dos. Se puede decir que "lo real también es falso cuando lo falso es real".

4. No podemos pretender la fuerza de inercia

Cuando estamos parados en el autobús, cuando el coche acelera o frena para reducir la velocidad, nuestro cuerpo se moverá involuntariamente hacia atrás o hacia adelante mientras se inclina. hacia adelante, no podía sentir ninguna fuerza actuando sobre mi cuerpo. La gente da por sentado que este fenómeno se llama inercia o inercia. Nadie piensa que existe una fuerza que actúa sobre el cuerpo. En este caso, añadir una fuerza virtual al cuerpo de una persona es redundante e innecesario. En los automóviles pequeños, las personas sentadas en el asiento delantero deben usar cinturones de seguridad. Esto es para evitar la inercia del cuerpo cuando el automóvil frena repentinamente, no para evitar fuerzas de inercia virtuales.

¿Es necesario que una persona no tenga fuerza de inercia para volcarse en un coche público? Esta pregunta aún no puede responderse con certeza. Si una persona no se agarra del pasamano y deja caer su cuerpo (antes de golpear otros objetos), no habrá fuerza de inercia, porque la inercia del cuerpo para mantener el cuerpo en movimiento es la que hace que la persona caiga inconscientemente.

Cuando una persona agarra conscientemente el reposabrazos para evitar caerse, la fuerza de agarrar el reposabrazos es equivalente a la fuerza externa del cuerpo humano, evitando el movimiento inercial del cuerpo humano. El cambio del estado de movimiento del cuerpo humano convierte la inercia en. fuerza de inercia, que satisface el requisito Sólo con la acción de una fuerza externa puede haber fuerza efectiva, de lo contrario sería imposible decir que el reposabrazos es fuerte.

Supongamos que el piso del automóvil es liso y hay una persona parada en el automóvil. Cuando el automóvil comienza a acelerar, el cuerpo humano mantiene un movimiento inercial y se desliza hacia la parte trasera del automóvil. Si una persona está sentada en el asiento trasero del automóvil, su cuerpo presionará el respaldo del asiento. Por supuesto, cuando una persona se sienta en cualquier asiento orientado hacia adelante, su cuerpo presionará el respaldo. Esta vez, el cuerpo humano tiene el efecto de la fuerza de inercia (se puede sentir la fuerza de inercia real). Otro ejemplo es el ejemplo de la pelota de tren mencionado anteriormente. Para la pelota en la mesa de café que se mueve suavemente, si tira de la cuerda delgada atada a la pelota o bloquea la pelota para detenerla, se generará inercia en la pelota. que tira o empuja contra una delgada línea o barrera. Los ejemplos de la pelota en el tren y la persona en el vagón ilustran que el objeto está en un sistema no inercial (hay espacio para acomodar el movimiento no inercial del objeto si la dirección del movimiento no está restringida). , el objeto seguirá moviéndose inercialmente sólo si está restringido por Un objeto generará fuerza inercial sólo cuando se le obligue a moverse en un marco no inercial. La fuerza de inercia se genera cuando el estado de movimiento de un objeto cambia y afecta al objeto u otros objetos que se ven obligados a acelerar por las limitaciones del objeto en movimiento. Se incluye en la naturaleza de la fuerza en la clasificación de la fuerza.

Tomemos como ejemplo la pelota en el tren: Hay una pequeña pelota con una determinada masa atada al techo del tren por una línea delgada cuando el tren está parado o moviéndose en línea recta. a una velocidad uniforme, la pelota cuelga verticalmente Cuando el tren acelera en una vía recta, la pelota sale de la línea vertical y se desvía hacia atrás formando un ángulo. Si no hay fuerza sobre la bola, ¿se puede producir este ángulo de deflexión? Obviamente no. Cuando ves que la pelota se desvía de su posición original, reconoces el papel de la fuerza de inercia, pero como no puedes encontrar la fuerza invisible ejercida sobre el objeto, le das a esta fuerza de inercia un nombre falso y no piensas que es una verdadera fuerza. La desviación lineal de la pelota y el movimiento de la pelota sobre una superficie estable son dos cosas diferentes. La primera es una fuerza de inercia real medible y la segunda es una fuerza de inercia falsa no mensurable agregada de la nada. Algunas personas pueden decir que incluso si se admite que la propia bola tiene fuerza de inercia, después de dibujar el diagrama de fuerza, se descubre que cuando la fuerza llega a un espacio distinto de la bola, no se sabe sobre quién actúa. Para entender este problema, debemos entender que la fuerza de inercia actúa sobre el objeto que limita. La fuerza de inercia sobre la bola pequeña es como un caballo tirando de un carro a través de una línea delgada que actúa desde la dirección horizontal sobre la conexión entre el extremo de la bola. línea delgada y el tren, y no afecta el espacio fuera de la pelota. La fuerza de inercia (horizontalmente) mueve la bola desde su posición original a una nueva posición, que es la posición de equilibrio después de que la fuerza de inercia es igual a la componente horizontal de la tracción del cable (si las dos fuerzas no son iguales, la bola debe moverse ).

Si la aceleración a del tren es igual a g, es decir, la aceleración del tren es igual a la aceleración del objeto cuando está en caída libre, entonces las personas en el vagón verán que la línea de la pelota se desvía 45 grados en la dirección vertical. En este momento, cuando una persona se levanta, caerá hacia atrás. Solo los pies con el cuerpo inclinado hacia adelante a 45 grados pueden mantenerse en pie. Por supuesto, debe haber suficiente fricción entre los pies y el piso del automóvil. En este momento, la fuerza sobre el cuerpo humano se convierte en la fuerza de la gravedad y la inercia, o la aceleración combinada de la aceleración horizontal y la aceleración vertical es igual al doble de la raíz de la aceleración de la gravedad. sobrepeso, y la persona de pie debe tener una fuerte sensación de peso.

La fuerza de inercia se genera sobre el propio objeto debido a que éste se ve obligado a moverse a una velocidad variable, y desaparece cuando se detiene el cambio de movimiento. La dirección de la fuerza de inercia es opuesta a la dirección de la aceleración y su magnitud es igual a la masa del objeto multiplicada por la aceleración. Si la dirección de la aceleración es positiva, la expresión de la fuerza de inercia f es f = -ma. Cabe señalar que la expresión de la fuerza de inercia se puede encontrar en muchos libros de texto universitarios y sólo se cita en este artículo.

5. La fuerza inercial hace que los objetos que se mueven verticalmente pierdan peso o pierdan peso.

Al aprender física, no se pueden evitar los conceptos y problemas de sobrepeso, ingravidez y pérdida de peso que provocan dolores de cabeza. Dado que la física ordinaria no reconoce las fuerzas de inercia, las explicaciones del exceso de gravedad y la ingravidez son vagas o incoherentes, lo que confunde a la gente.

La definición de sobregravedad e ingravidez es: el fenómeno donde la presión de un objeto sobre el soporte es mayor que la gravedad sobre el objeto se llama sobrepeso al fenómeno donde la presión del objeto sobre el soporte es mayor; menos que la gravedad sobre el objeto se llama ingravidez. ¿Cuáles son los mecanismos del sobrepeso y la pérdida de peso? Generalmente se explica así: cuando el sistema en el que se encuentra el objeto tiene aceleración vertical hacia arriba, el peso aparente del objeto es mayor que la gravedad, y el objeto está en un estado de supergravedad cuando el sistema en el que se encuentra el objeto tiene vertical; aceleración hacia abajo, el peso aparente del objeto es menor que la gravedad, el objeto está en un estado de ingravidez.

¿Qué significa darle importancia? Una explicación común es que el peso aparente es la lectura que se ve en una báscula de resorte. Cuando una persona pesa un objeto con una báscula de resorte mientras aún está en el suelo, la lectura que ve es igual al valor de gravedad real del objeto; cuando una persona pesa un objeto en un ascensor que acelera verticalmente hacia arriba, la lectura que ve es; mayor que la lectura cuando el suelo está quieto; cuando se pesa un objeto en un ascensor que acelera verticalmente hacia abajo, la lectura vista es menor que cuando el suelo está en reposo. ¿Qué es exactamente el peso aparente? ¿Qué causa el peso aparente? ¿El "peso aparente" significa "parece pesado, pero en realidad no lo es"? Ya no explicaremos ni evitaremos la "teoría del peso aparente".

De hecho, el sobrepeso y la ingravidez son el mismo mecanismo. sigue: una persona con masa m está parada en un ascensor si el ascensor no se mueve o sube y baja con velocidad constante, la gravedad del cuerpo humano es la misma que la de la persona que está parada en el suelo si el ascensor. sube con una aceleración de a, la inercia producida sobre el cuerpo humano La fuerza ma es en la misma dirección que la gravedad, y la fuerza resultante es mayor que la gravedad, lo que hace que el cuerpo humano tenga sobrepeso si el ascensor desciende con una aceleración de a, el; La fuerza de inercia producida sobre el cuerpo humano es opuesta a la dirección de la gravedad, ma está en la misma dirección que la gravedad, lo que hace que el cuerpo humano tenga sobrepeso si el ascensor desciende con una aceleración de a. La aceleración disminuye y la fuerza de inercia ma es opuesta; a la dirección de la gravedad. La fuerza resultante es menor que la gravedad, lo que hace que el cuerpo humano sea ingrávido. Si el objeto acelera hacia abajo con la aceleración g, la fuerza de inercia sobre el cuerpo humano es igual y opuesta a la gravedad y al cuerpo humano. el cuerpo pierde peso (equivalente a una caída libre); si el ascensor cae con una aceleración de 2 g, las personas en el ascensor no se sentirán con sobrepeso ni sin peso, y se sentirán igual que si estuvieran en un ascensor parado o moviéndose a una velocidad constante. Velocidad constante, y la dirección de pie de la persona será la misma que la dirección original, pero la dirección del movimiento es la misma que la dirección original. Sin embargo, la persona se para en la dirección opuesta, es decir, de pie. el techo interior del ascensor;

Cuando el objeto está en caída libre, se mueve en el aire. Cuando no se cuenta la resistencia, se produce el fenómeno de que varios objetos caen al suelo al mismo tiempo y al mismo tiempo. mismo lugar, sin importar el material y la masa, es un nombre muy conocido hoy en día y todo el mundo lo sabe. Sin embargo, en la prueba de Galileo (o el experimento de la Torre Inclinada de Pisa o el razonamiento lógico) Antes de la caída libre no tiene nada que ver con la masa. la gente creía en la teoría de Aristóteles de que "la velocidad de un objeto que cae es proporcional a su peso", creyendo que los objetos con masas grandes caen más rápido y los objetos con masas pequeñas caen lentamente.

Un objeto en caída libre no sólo. tiene una gran gravedad, pero también tiene una fuerza igual y mayor en la dirección opuesta a la gravedad y la fuerza de inercia. El equilibrio de fuerzas hace que el objeto en caída libre sea completamente ingrávido. Tomemos como ejemplo el ascensor: cuando una persona acelera. Cuando se mueve hacia abajo, se sentirá ingrávido en el ascensor, porque la fuerza de inercia sobre el cuerpo humano es en dirección opuesta a la gravedad, lo que compensa una cierta cantidad de gravedad cuando la aceleración del ascensor es igual a g, la magnitud. de la fuerza de inercia sobre el cuerpo humano es exactamente igual a la magnitud de la gravedad, dos. Las fuerzas se anulan completamente y la fuerza resultante es cero. Tanto la persona como el ascensor se encuentran en un estado de total ingravidez, similar a la ingravidez del cuerpo humano. astronautas en una nave espacial.

Anteriormente hemos visto el equilibrio de las dos fuerzas sobre el objeto. Son el equilibrio de un objeto en reposo y el equilibrio de un movimiento lineal uniforme. Un objeto en caída libre no tiene nada que ver con la masa del objeto (o la gravedad del objeto), porque hay una gravedad igual y opuesta sobre el objeto. Este es el equilibrio de la fuerza de un objeto en movimiento no inercial. Un objeto tiene una fuerza de inercia solo cuando tiene aceleración. Esta fuerza de inercia proviene de la propia resistencia del objeto a las fuerzas externas y no hace que el objeto cambie su estado de movimiento como la acción de las fuerzas externas. sobre el objeto no afecta el movimiento no inercial del objeto

6 Fuerza de inercia y fuerza de reacción del objeto

Se dice que la fuerza de inercia es una fuerza virtual. La razón es: la fuerza de inercia no puede encontrar objetos ni fuerzas de reacción. Esta comprensión se basa sin duda en el modelo de bola de tren. La pequeña bola sobre la suave mesa de café del tren está en movimiento relativo durante la aceleración del tren. La pequeña bola no tiene fuerza, pero se le agrega una fuerza de inercia virtual forzada que no se puede sentir ni medir. Por supuesto, no se puede sentir ni medir. No hay fuerza que ejerza el objeto ni fuerza de reacción.

Una fuerza externa constante hace que un objeto se mueva con aceleración uniforme, mientras que la fuerza inercial se genera al actuar sobre un objeto con aceleración uniforme. Esta dificultad para ser aceptado por las personas es inevitable. Porque la gente se ha formado un concepto muy arraigado en la educación ideológica: cuando un objeto recibe fuerza, debe haber un objeto que le dé fuerza. Nadie presta atención ni explora de dónde proviene el objeto que ejerce la fuerza. No hay ninguna explicación en los libros, y aún menos está claro si la fuente de la fuerza es una pregunta sobre el objeto que ejerce la fuerza o un ejercicio.

¿De dónde proviene la fuerza sobre el objeto que ejerce la fuerza? Obviamente no se puede decir que provenga del objeto que ejerce la fuerza.

La gravedad que ejerce la tierra sobre los objetos es inherente a la tierra. Se puede decir que la existencia o generación de fuerza sobre los objetos es una propiedad inherente a la materia. Quizás por eso, aunque lo sabemos pero no sabemos por qué, no afecta el análisis de la fuerza en estática, por lo que nadie ha explorado quién le dio esta fuerza a la tierra y cómo la tierra la obtuvo.

La fuerza de inercia proviene del objeto mismo y no requiere que nadie actúe como ejerciente de la fuerza, al igual que la atracción gravitacional de la Tierra sobre otros objetos proviene de la Tierra misma y no necesita ser ejercida ni dada. por cualquiera. Si debes preguntar por qué se produce una fuerza sobre un objeto, entonces pregúntate cómo la Tierra produce la gravedad como referencia. De hecho, la pregunta de por qué un objeto produce fuerza de inercia tiene mejor respuesta que la pregunta de por qué la Tierra produce gravedad, porque es la inercia del objeto la que causa este fenómeno. Es la inercia la que resiste los cambios en la fuerza del objeto. el estado de movimiento del objeto y lo transforma es la fuerza de inercia.

La teoría de la fuerza virtual pone la tercera ley de Newton en una situación embarazosa. Si la tercera ley de Newton no se puede aplicar al alcance de la segunda ley de Newton o la teoría de la fuerza virtual invalida la tercera ley de Newton. Resolver este sencillo problema. Según la tercera ley de Newton, si hay una fuerza de acción, debe haber una fuerza de reacción. Las fuerzas de reacción son iguales en magnitud y opuestas en dirección y actúan en línea recta. La fuerza externa sobre el objeto no agrega una fuerza virtual al objeto, pero eso no significa que la fuerza externa real tenga una fuerza de reacción virtual, o que la fuerza de acción y la fuerza de reacción puedan ser una real y otra virtual.

Supongamos que hay una fuerza F en una pista suave y recta que acelera un automóvil. Si realiza un análisis de fuerza sobre el automóvil, encontrará que no hay otras fuerzas excepto la fuerza F en la dirección de. el movimiento del coche. Según la tercera ley de Newton, la fuerza F debe ser igual a la fuerza de reacción, y la fuerza F sobre el automóvil solo es igual a la ma en movimiento. Entonces ma debe tener la capacidad y la propiedad de reaccionar ante la fuerza F. Las fuerzas siempre aparecen en pares y no puede haber una fuerza externa sin una fuerza de reacción. Si un objeto que acelera no tiene fuerza de inercia, entonces el objeto que ejerce una fuerza que satisface la segunda ley de Newton no puede ejercer una fuerza externa. Así como usamos una cierta cantidad de fuerza para levantar un balde de agua, si no hay gravedad del agua actuando sobre la mano, entonces ¿sobre quién ejerce la fuerza la mano?

La gente siempre dice que la fuerza de inercia no tiene fuerza de reacción, pero ignoran que la fuerza externa que hace que el objeto se mueva no tiene fuerza de reacción. De hecho, siempre que el caballo comprenda la fuerza de inercia real, el problema se resolverá satisfactoriamente: la fuerza externa actúa sobre el objeto para hacer que se mueva a una velocidad variable, y la inercia del objeto hace que la fuerza de inercia resista la fuerza de inercia real. fuerza externa. La fuerza externa y la fuerza de inercia forman un par de fuerzas actuantes y fuerza de reacción. Dado que la fuerza de acción y la fuerza de reacción son arbitrarias, se puede decir que la fuerza de reacción de la fuerza externa es la fuerza de inercia y la fuerza de reacción de la inercia; La fuerza es una fuerza externa.

7. Signo de aceleración fuerza de inercia

La aceleración es una magnitud física que describe la velocidad del movimiento de un objeto. La aceleración es una medida del cambio de estado de movimiento de un objeto. Los objetos no se ven afectados por fuerzas externas y siempre permanecen estacionarios o se mueven en línea recta a una velocidad constante. Cuando una fuerza externa actúa sobre un objeto, puede hacer que el objeto cambie de estacionario a móvil, puede hacer que el objeto en movimiento se vuelva estacionario o puede hacer que el objeto en movimiento se vuelva más rápido o más lento. Todo se reduce al hecho de que hay una aceleración sobre un objeto, que es la fuerza externa que hace que el objeto acelere, y la aceleración a su vez representa un cambio en el estado de movimiento del objeto, que convierte la inercia del objeto en inercial. fuerza.

La fuerza inercial es el factor que hace que el objeto mismo produzca fuerza inercial. Hablar del efecto de un objeto sobre la fuerza inercial, significa que el objeto cambia su estado de movimiento bajo la acción de una fuerza externa. La fuerza de inercia del objeto resiste este cambio y muestra fuerza. El cambio del estado de movimiento del objeto significa que el objeto tiene aceleración, y la fuerza de inercia siempre aparece en el cambio del estado de movimiento del objeto. A partir de esto, no es difícil ver la estrecha conexión entre la aceleración y la fuerza de inercia. al mismo tiempo y desaparecer al mismo tiempo. Entonces sería bueno tener la aceleración como signo de fuerza de inercia.

La fuerza externa sobre un objeto es igual en magnitud y de dirección opuesta a la fuerza de inercia. Una vez que conoces la fuerza externa, puedes encontrar la fuerza de inercia. Pero a veces es difícil encontrar la fuerza externa. Por ejemplo, la fuerza externa que hace que un automóvil acelere es una persona en un tren. Juicio basado en la fuerza externa que ejerce sobre la aceleración. La aceleración de un objeto es obvia, ya sea un solo objeto o un sistema no inercial en movimiento. Por lo tanto, cuando no es conveniente determinar la fuerza externa, es apropiado usar la aceleración para determinar la fuerza de inercia, pero las dos siguientes. Cabe señalar algunos puntos:

Uno es eliminar el efecto de interferencia de la relatividad del movimiento. Debido a la inercia, los objetos mantienen su estado original o los objetos que se mueven inercialmente pueden no agregar fuerza virtual. Por ejemplo, en el ejemplo anterior de la pelota en el tren, es erróneo pensar que existe una fuerza de inercia cuando la pelota acelera. Algunas personas pueden decir que esto es problemático y difícil de juzgar, pero en realidad no lo es.

Cuando una persona está estacionaria con respecto al tren, el tren realiza un movimiento inercial (movimiento lineal estacionario o uniforme) y los vagones a veces también realizan un movimiento no inercial en el marco inercial para determinar si el tren es inercial. El marco o marco no inercial se puede determinar basándose en la propia sensación de las fuerzas de inercia de la persona o viendo si hay movimiento en el grado de libertad de un objeto.

En segundo lugar, determine si el objeto está acelerando hacia el suelo. Si un objeto se mueve en línea recta a una velocidad uniforme contra el suelo (es decir, movimiento inercial), el objeto no tiene aceleración si un objeto se mueve en línea recta o curva a una velocidad uniforme contra el suelo (es decir, movimiento no inercial); ), el objeto tiene aceleración. La fuerza de inercia ocurre sobre el propio objeto que está acelerando u otros objetos que se ven obligados a moverse con él. Los objetos que no se ven afectados por el movimiento acelerado y otros objetos que no se mueven con él no generan fuerza de inercia cuando se mueven juntos.

En la mesa de café estable del tren, se instala un dinamómetro de resorte giratorio en el centro de la mesa de café. El otro extremo del dinamómetro está conectado a una pequeña bola. lado de la mesa de café que mira hacia la parte trasera del tren. Cuando el tren comience a acelerar, la bola se moverá hacia la parte trasera del vagón, apretará el dinamómetro y el dinamómetro mostrará un número. Cuando el tren viaja a velocidad constante, la bola vuelve a su posición original y no hay indicación en el dinamómetro. Cuando el tren frena y reduce la velocidad, la bola lleva el dinamómetro al otro lado de la mesa de café, donde vuelve a contar. Este ejemplo es para ilustrar que la dirección de la fuerza de inercia es constante y opuesta a la dirección de la aceleración, de modo que sea sencillo y claro determinar la presencia o ausencia de la fuerza de inercia y la dirección de la fuerza de inercia, independientemente de si es la fuerza de inercia del movimiento lineal o la fuerza centrífuga de inercia del movimiento circular. Cornelio también es muy útil para juzgar la dirección de la fuerza de inercia.

Tomar la aceleración del movimiento no inercial de un objeto como un signo de fuerza de inercia. Al determinar la fuerza de inercia, ya no agregamos artificialmente una suma de aceleración virtual al objeto en el sistema no inercial que es. opuesta a la dirección del sistema de referencia, la fuerza de inercia virtual no sólo se ajusta a las leyes objetivas sino que también simplifica el procesamiento de problemas complejos. La aceleración actúa directamente sobre la fuerza inercial de un objeto. En el sistema de fuerzas, la ecuación de equilibrio entre la fuerza externa, la fuerza inercial (o considerada como fuerza virtual) y la fuerza vinculante se denomina principio de D'Alembert o "método estático y dinámico" en teoría. mecánica". Este método es simple y eficaz para abordar problemas mecánicos complejos.

8. Expresiones de las dos relaciones en la segunda ley de Newton

Segunda ley de Newton (también conocida como ley del movimiento): La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza externa neta. sobre el objeto, la masa del objeto es inversamente proporcional a la dirección de la aceleración y la dirección de la fuerza externa resultante es la misma.

La expresión es: ∑F=ma o F juntos=ma.

La dirección de la fuerza resultante sobre un objeto determina la dirección de la aceleración del objeto, y la dirección de la aceleración refleja la dirección de la fuerza resultante sobre el objeto. La aceleración corresponde instantáneamente a la fuerza externa neta. La aceleración instantánea de un objeto en cada momento es proporcional a la fuerza externa neta en ese momento. En la relación entre fuerza y ​​aceleración, la fuerza constante produce una aceleración constante y la fuerza variable produce una aceleración variable. Cuando la fuerza desaparece, la aceleración también desaparece y el objeto se mueve en línea recta a una velocidad uniforme. No sólo eso, el estado de movimiento de un objeto cambia bajo la acción de una fuerza externa, sino que también existen aplicaciones ocultas en la connotación física que aún no se han popularizado.

La segunda ley de Newton expresa la ley de la fuerza y ​​el movimiento. De hecho, también esconde otra relación: la relación entre fuerza y ​​fuerza, es decir, la relación entre fuerza externa y fuerza de inercia. La expresión de la segunda ley de Newton es una ecuación vectorial. Como la fuerza F es un vector y la aceleración a es un vector, no hay duda de que esta ecuación vectorial tiene sentido matemático. Sin embargo, desde un punto de vista físico, el vector de fuerza y ​​el vector de aceleración representan cada uno diferentes significados físicos. Sólo se puede decir que el signo igual de la ecuación vectorial representa "equivalencia", pero no "igual". Mirar el problema desde esta perspectiva le dará a la gente una cierta sensación de incomodidad. Cuando te das cuenta o te das cuenta de que ma también puede representar fuerza (fuerza de inercia) además del movimiento, esta sensación de incomodidad se elimina y es muy cómoda.

Algunas personas pueden decir que la segunda ley de Newton se ha utilizado durante muchos años, y es tan fácil de aplicar que siempre puede resolver el problema de la fuerza. Es redundante proponer otra. De hecho, este no es el caso. Los problemas mecánicos complejos son difíciles de resolver utilizando "movimiento" ma y deben resolverse utilizando la fuerza de inercia ma. Sin fuerza de inercia, solo podemos resolver algunos problemas simples, como ejercicios en papel dentro del alcance de los libros de texto de la escuela secundaria, es decir, bajo la condición de una determinada masa, dar la aceleración de una fuerza externa o la aceleración de una fuerza. Se puede decir que la segunda ley de Newton no se puede ejercer plenamente sin la ayuda de la fuerza de inercia.

¿Cuál es la esencia de la segunda ley de Newton? Desde el punto de vista de la expresión, la segunda ley de Newton parece describir las reglas de movimiento de los objetos cuando actúan sobre ellos fuerzas externas, y el movimiento refleja el fenómeno de las cosas. Basta aplicar este "fenómeno" para resolver problemas generales, pero. Aún queda mucho por resolver para problemas mecánicos complejos. Es insatisfactorio, por ejemplo, el diseño y la fabricación de maquinaria de construcción a gran escala, incluidos aviones y naves espaciales, por falta de fuerza de inercia. Finalizar. La fuerza de inercia es necesaria en los cálculos mecánicos. El símbolo de expresión de esta fuerza de inercia se utiliza para "movimiento". Por tanto, se puede decir que la esencia de la segunda ley de Newton es la relación entre fuerza, es decir, la relación entre fuerza externa, fuerza de inercia y fuerza de reacción.