慣性と運動の法則

物理学における慣性の定義

Volker Möhrke /ゲッティイメージズ

慣性とは、動いている物体が動き続けようとする傾向、または力が作用しない限り静止している物体が静止したままでいようとする傾向の名前です。この概念は、 ニュートンの運動の第一法則 .

慣性という言葉はラテン語から来ています 不活性 、これはアイドルまたは怠惰を意味し、ヨハネス・ケプラーによって最初に使用されました。

慣性と質量

慣性は、質量を持つ物質でできたすべての物体の性質です。力が速度または方向を変えるまで、彼らは今していることを続けます。テーブルの上に静止しているボールは、手、突風、テーブルの表面からの振動など、何かがボールを押さない限り転がり始めません。摩擦のない真空の空間でボールを投げると、重力や衝突などの別の力が作用しない限り、同じ速度と方向で永遠に移動します。

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質量は 慣性 .質量の大きい物体は、質量の小さい物体よりも動きの変化に強く抵抗します。鉛でできたボールなど、より大きなボールは、転がり始めるのにさらに力が必要です。同じサイズで質量の小さい発泡スチロールのボールは、空気を吹き込むことで動かすことができます。

アリストテレスからガリレオまでの運動理論

日常生活では、転がるボールが静止するのを見ます。しかし、それらは重力と摩擦と空気抵抗の影響を受けているためです。それが私たちが観察していることであるため、何世紀にもわたって西洋の思想はアリストテレスの理論に従いました。アリストテレスは、動いている物体は最終的に停止し、それらを動かし続けるには継続的な力が必要であると述べました.

17 世紀、ガリレオは傾斜面でボールを転がす実験を行いました。彼は、摩擦が減少するにつれて、傾斜面を転がり落ちたボールが反対側の面を転がり戻る高さとほぼ同じになることを発見しました。彼は、摩擦がなければ、斜面を転がり落ち、水平面を永久に転がり続けるだろうと推論しました。ボールが回転しなくなったのは、ボールに生まれつき備わっているものではありません。それは表面との接触でした。

ニュートンの運動と慣性の第一法則

アイザック ニュートンは、ガリレオの観察で示された原理を運動の第一法則に発展させました。ボールが動き出すと、ボールが転がり続けるのを止めるには力が必要です。速度と方向を変えるには力が必要です。同じ方向に同じ速度で動き続けるのに力は必要ありません。運動の第一法則は、しばしば慣性の法則と呼ばれます。この法則は、慣性座標系に適用されます。の系5 ニュートン のプリンキピアは次のように述べています。

ある空間に含まれる物体の運動は、その空間が静止しているか、円運動を伴わずに一様に直線的に前方に移動しているかにかかわらず、それらの間で同じです。

このように、加速していない動いている電車にボールを落とすと、動いていない電車の場合と同じように、ボールがまっすぐ下に落ちるのがわかります。