8. ИНЕРЦИЯ
Из предыдущей главы стало ясно, что первый закон Ньютона, по которому любое свободное тело (на которое не действуют другие тела) движется равномерно и прямолинейно справедлив не к самому телу, а к оси его винтовой траектории. Эта ось для свободного тела действительно прямолинейна. Само тело, двигаясь по винтовой траектории, движется равномерно в двух взаимно перпендикулярных направлениях: вдоль оси винтовой траектории и перпендикулярно этой оси. Оба эти движения равноправны, поэтому имеют подобные свойства.
Круговое движение происходит без затраты энергии, т.к. в радиальном направлении всегда центробежная сила и сила притяжения к центру вращения уравновешены и по второму закону Ньютона тело покоится в радиальном направлении, а в тангенциальном направлении никакие силы не действуют. В рассматриваемом случае инерция (сопротивление изменению параметров движения) будет проявляться в двух случаях: 1. При попытке изменения скорости кругового движения, 2. При попытке изменить радиус вращения. Момент импульса тела при круговом движении:
L=mVr (1), где m – масса тела, V – его скорость, r – радиус вращения. Формула (1) показывает, что инерция – прямое следствие закона сохранения момента импульса тела относительно центра вращения. При любых попытках изменить момент импульса, мы вынуждены затратить некоторую энергию на разгон, торможение или изменение радиуса вращения.
Поступательное движение свободного тела также происходит без затраты энергии, т.к. никакие силы на тело не действуют. В этом случае инерция также проявляется при: 1. Попытке изменения скорости поступательного движения, 2. При попытке изменить направление движения. Момент импульса тела при поступательном движении относительно любой точки пространства определяется тоже формулой (1), где V – скорость поступательного движения, r – расстояние от любой точки пространства до линии направления движения. Здесь также при любых попытках изменить момент импульса тела мы вынуждены тратить энергию на его разгон, торможение или изменение направления движения. Сказанное проиллюстрировано на фигурах 1 (изменение скорости движения) и 2 (изменение направления движения), когда мы прикладываем некоторые усилия для этих изменений между точками A и B (т.к. из-за инерции сразу реализовать эти изменения невозможно).
Для фигуры 1: mV1r¹mV2r, где r – расстояние от любой точки (одной и той же) пространства до линии направления движения. Для фигуры 2: mV1r1¹mV1r2, где r1 и r2 расстояния от линии направления движения до одной и той же произвольной точки пространства. Таким образом, можно сделать общий вывод: инерция – это проявление фундаментального закона сохранения момента импульса тела. Прямолинейное движение свободного тела и орбитальное движение связанного тела являются движениями по инерции.