Інертна маса - ще раз про інерцію, інертності і інертною масі

1. Тіла в різній мірі інертні. Переконаємося в цьому на одному з численних дослідів. Якщо на рухомі з однаковою швидкістю порожню (рис.4а) і завантажену візки (рис.4б) протягом однакових проміжків часу подіяти рівними силами, то зміни швидкостей будуть неоднаковими. Навантажена візок в меншій мірі змінила свою швидкість і її рух після припинення дії сили ближче до руху по інерції і тому вона є більш інертною, ніж порожня візок, у якій зміна швидкості більше і рух в меншій мірі походить на рух за інерцією. Для кількісної оцінки міри інертності тіл вводиться фізична величина, яка називається інертною масою m і В даному досвіді маса вантаженої візки більше, ніж маса порожньої візки.

Але, по-перше, таке твердження справедливе при однаковому впливі на обидва тіла, тобто при рівних силах. А це вимагає попереднього вивчення 3-го закону Ньютона.

По-друге, виявивши, що у всіх випадках взаємодії двох тіл відношення прискорень є величина постійна, необгрунтовано стверджують, що це відношення дорівнює зворотному відношенню інертних мас, тобто a1 / a2 = m2 / m1 (1). Сумнівний постулат. Крім того, можливі й інші математичні вирази для цього випадку. наприклад,

Яке ж істинно?

По-третє, з рівності (1) не слід, що інертні маси тел величини постійні. Адже можливо вони зі збільшенням прискорень теж зростають так, що їхнє ставлення залишається постійним.

По-четверте, такий шлях вимагає введення ще одного не зовсім очевидного постулату для сили, тобто F = m a.

По-п'яте, в рівність (1) приховано постулюється 3-ий закон Ньютона і закон збереження імпульсу. Чи не забагато протиріч і сумнівних постулатів? Вірний шлях вирішення даної проблеми обраний в підручниках під редакцією Г.Я.Мякішева. Вимірюючи прискорення, отримані тілом під дією різних сил (рис.4а), виявимо, що прискорення прямо пропорційно прикладеною силі, тобто a

F. Але тоді відношення модуля сили до модулю отриманого під дією цієї сили прискорення є постійною величиною. Це відношення показує, яку силу потрібно прикласти до даного тіла для повідомлення йому прискорення 1 м / с 2. Якщо такий же досвід повторити з більш інертним тілом (рис.4б), то це ставлення буде мати більше значення, тому що для повідомлення більш інертному тілу такого ж прискорення 1 м / с 2 потрібно і велика сила. Тому, за міру інертності тіл - інертну масу - приймається фізична величина, що дорівнює відношенню модуля прикладеної до тіла сили до модуля придбаного при цьому прискорення. тобто m = F / a. Такий спосіб введення інертної маси дозволяє виявити:

1. Маса тіла є величина постійна і не залежить від часу, положення тіла в просторі, швидкості його руху (при швидкостях значно менших швидкості світла у вакуумі) і роду відбуваються з тілом процесів (закон збереження маси).

2. Маса тіла дорівнює сумі мас складових це тіло частин (адитивність мас).

3. Маса однорідного тіла прямо пропорційна числу частинок в тілі.

4. Маса однорідного тіла прямо пропорційна його об'єму.

5. Інертна маса гравітаційного еталона маси теж дорівнює 1 і називається кілограмом.

В даний час це встановлено з точністю 10 -12. І, нарешті, такий шлях дозволяє цілком обгрунтовано вивести 2-ий закон Ньютона.

Всього лише два цілком очевидних постулату: один для одиниці сили (за одиницю сили 1Н приймається сила, яка еталону гравітаційної маси повідомляє прискорення 1 м / с 2), другий для інертної маси - і науково вирішено питання про вимірювання інертної маси і виведення 2-го закону Ньютона.