La inercia es una característica no-cuantificable de la materia al lado de la cual sigue habiendo en descanso o en el movimiento uniforme en la misma línea recta a menos que sea actuada sobre por una cierta fuerza externa. El principio de inercia es uno de los principios fundamentales de la física clásica que se utilizan para describir el movimiento de la materia y de cómo son afectados por las fuerzas aplicadas . Hoy, se define lo más comúnmente posible usar el Isaac Newton 's del sir primero en el Philosophiae Naturalis Principia Mathematica que indica:

El el insita del vis del, o la fuerza natural de la materia es una energía de la resistencia, por la cual cada cuerpo tanto como en ella miente, continúa en su estado actual, si esté de resto, o de la mudanza uniformemente ni de una medida de Massachusetts. en uso común, sin embargo, gente puede también utilizar el " del término; inertia" para referir al " de un objeto; cantidad de resistencia al cambio en velocity" (que es cuantificada por su masa ), y a veces su ímpetu, dependiendo del contexto (e. " este objeto tiene mucho inertia"). El " del término; inertia" se entiende más correctamente como taquigrafía para el " el principio de inercia según lo descrito por Newton en ley del movimiento de Newton la primera que, expresado simplemente, dice: " Un objeto que no está conforme a ninguna fuerzas exterior se mueve en una velocidad constante, cubriendo distancias iguales en épocas iguales a lo largo de un path." rectilíneo; En incluso términos más simples, la inercia significa el " Un cuerpo en el movimiento tiende a permanecer en el movimiento, un cuerpo en descanso tiende a permanecer en rest." En la superficie de la tierra la naturaleza de la inercia es enmascarada a menudo por los efectos de la fricción que trae objetos móviles para reclinar relativamente rápidamente a menos que sean que costea en las ruedas, bien lubricado el o quizás descendente o yendo cuesta abajo, ser acelerado por la gravedad . Esto es qué engañan a teóricos clásicos tales como Aristotle que creyó los objetos movidos solamente siempre y cuando la fuerza era aplicada a ellos.

Historia y desarrollo del concepto

Comprensión temprana del movimiento

Antes del renacimiento en el siglo XV, la teoría generalmente aceptada del movimiento en el la filosofía occidental era ésa propuesto por el Aristotle (alrededor 335 A. ), que indicó que en la ausencia de una energía motiva externa, que todos los objetos (en la tierra) vendría naturalmente reclinarse en un estado de ningún movimiento, y que los objetos móviles continúan solamente moviéndose siempre y cuando hay una energía que les induce a que hagan tan. Aristotle explicó el movimiento de los proyectiles continuo, que se separan de su proyector, por la acción del medio circundante que continúa moviendo el proyectil de cierta manera. Por consiguiente, Aristotle concluyó que tal movimiento violento en un vacío era imposible para allí no sería nada allí mantener el cuerpo el movimiento contra la resistencia de su propia gravedad. Entonces en una declaración mirada por Newton como expresión de la ley de primer de su Principia del del movimiento, Aristotle continuó afirmando que un cuerpo en el movimiento (no violento) en un vacío continuaría moviéndose por siempre si externamente es sin obstáculo: el

o uno del podría decir porqué una cosa fijada una vez en el movimiento debe parar dondequiera; ¿para por qué debe parar el aquí algo que el aquí ? De modo que una cosa sea en descanso o deba ser el movido ad infinitum del, a menos que algo más de gran alcance consiga de su manera.

A pesar de su éxito notable y aceptación general, el concepto de Aristotle de movimiento fue disputado en varias ocasiones por los filósofos notables durante los casi 2 milenios de su reinado. Por ejemplo, el Lucretius (que sigue, probablemente, Epicurus ) indicó claramente que el “estado de defecto” de la materia era movimiento, no stasis. En el siglo VI, el Juan Philoponus criticó la opinión de Aristotle, observando la inconsistencia entre la discusión de Aristotle de los proyectiles, donde el medio guarda los proyectiles el ir, y su discusión del vacío, donde el medio obstaculizaría el movimiento de un cuerpo. Philoponus propuso que el movimiento no fuera mantenido por la acción del medio circundante sino por una cierta característica implantada en el objeto cuando fue fijado en el movimiento. Éste no era el concepto moderno de inercia, porque todavía había la necesidad de una energía de mantener un cuerpo el movimiento. Esta visión fue opuesta fuerte por el Averroës y muchos filósofos escolásticos que apoyaron a Aristotle. No obstante esta visión no fue indiscutida en el mundo islámico, donde Philoponus tenía varios partidarios.

Teorías chinas

Mozi (chino: 墨子; pinyin: Mòzǐ; CA 470 BCE-Ca. 390 BCE), un filósofo que vivieron en China durante los cientos períodos de las escuelas de pensamiento (período de estados que guerrean temprano), compuesto o recogido su pensamiento en el libro Mozi, que contiene la oración siguiente: “La cesación del movimiento es debido a la fuerza de oposición… si no hay fuerza de oposición… que el movimiento nunca parará. Esto es tan verdad como que un buey no es un caballo.” cuál, según José Needham, es un precursor a la primera ley del movimiento de Newton.

Teorías islámicas artículo principal del del de

: Ciencia islámica - mecánicos

Varios científicos musulmanes del mundo islámico escribieron a los tratados árabes de en las teorías del movimiento que se consideran los precursores a la ley de la inercia. En el siglo XI temprano, el islámico del al-Haytham de Ibn del científico [ابنالهيثم árabe] de ( Latinized como Alhacen ) experimentó en el movimiento de un cuerpo y descubrió que un cuerpo mueve el perpetuo a menos que una fuerza externa lo pare o cambie su dirección del movimiento. La teoría de Alhacen del movimiento era así similar a la ley de la inercia moderna (ahora sabida como ley del movimiento de Newton primera ) indicada más adelante por el Galileo Galilei en el siglo XVI.

Contemporáneo de Alhacen, el persa Ibn Sina del científico (Latinized como Avicenna ), desarrollado una teoría elaborada del movimiento, en la cual él hizo una distinción entre la inclinación y la fuerza de un proyectil, y concluido que el movimiento era un resultado de una inclinación (mayl del ) transferida al proyectil por el lanzador, y que el movimiento del proyectil en un vacío no cesaría. Él vio la inclinación pues una fuerza permanente cuyo efecto es disipado por las fuerzas externas tales como resistencia de aire . Su teoría del movimiento era así constante con el concepto de Newton de inercia. El concepto de Avicenna del mayl del fue utilizado más adelante en teoría de s de Buridan Jean 'del ímpetu .

El primer científico para rechazar la idea de Aristotle que una fuerza constante produce el movimiento uniforme era el al-Baghdaadi musulmán árabe de Hibat Allah Abu'l-Barakat del filósofo en el siglo XII temprano. Él era el primer para sostener que una fuerza aplicada produce continuamente la aceleración, una ley fundamental de los mecánicos clásicos, presagiando vago la ley de segundo de Newton del movimiento .

Teoría del ímpetu

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En el siglo XIV, el Jean Buridan rechazó la noción que una característica de movimiento-generación, que él nombró el ímpetu del, disipó espontáneo. La posición de Buridan era que un objeto móvil sería arrestado por la resistencia del aire y el peso del cuerpo que se opondría a su ímpetu. Buridan también mantuvo que el ímpetu aumentó con velocidad; así, su idea inicial del ímpetu era similar en gran medida al concepto moderno del ímpetu . A pesar de las semejanzas obvias a ideas más modernas de la inercia, Buridan vio su teoría como solamente modificación a la filosofía básica de Aristotle, manteniendo muchas otras opiniones Peripatetic, incluyendo la creencia que todavía había una diferencia fundamental entre un objeto en el movimiento y un objeto en descanso. Buridan también mantuvo que el ímpetu podría ser no sólo linear, pero también la circular en la naturaleza, causando se opone (por ejemplo cuerpos celestes) al movimiento en un círculo. El pensamiento de Buridan fue seguido por su Albert de la pupila de Sajonia (1316-1390) y las calculadoras de Oxford, que realizaron los varios experimentos que más futuro minó la visión clásica, aristotélica. Su trabajo alternadamente fue elaborado por el Nicole Oresme que inició la práctica de demostrar leyes del movimiento bajo la forma de gráficos.

Poco antes la teoría de Galileo de la inercia, Giambattista Benedetti modificó la teoría growing del ímpetu para implicar el movimiento linear solamente:

" … la porción de materia corpórea que se mueva por sí mismo cuando un ímpetu ha sido impresionado en él por cualquier fuerza motiva externa tiene una tendencia natural a moverse en un rectilíneo, no haber curvado, path."

Benedetti cita el movimiento de una roca en una honda como ejemplo del movimiento linear inherente de objetos, forzado en el movimiento circular.

Inercia clásica

La ley de la inercia indica que es la tendencia de un objeto resistir un cambio en el movimiento. La división aristotélica de movimiento en mundano y celestial llegó a ser cada vez más problemática frente a las conclusiones Nicolaus Copernicus en el siglo XVI, que sostuvo que la tierra (y todo en ella) nunca eran de hecho " en el rest", pero estaba realmente en el movimiento constante alrededor del sol. El Galileo, en su desarrollo posterior del modelo Copernican, reconoció estos problemas con la naturaleza entonces-aceptada del movimiento y, por lo menos parcialmente consecuentemente, incluyó una nueva exposición de la descripción de Aristotle del movimiento en un vacío como principio físico básico:

el cuerpo del

A que mueve encendido una superficie llana continuará en la misma dirección a una velocidad constante a menos que disturbed.

Es también digno de mención que Galileo se encendió más adelante concluir eso basada en esta premisa inicial de la inercia, él es imposible decir la diferencia entre un objeto móvil e inmóvil sin una cierta referencia exterior compararla contra. Esta observación vino en última instancia ser la base para el Einstein para desarrollar la teoría de la relatividad especial .

El concepto de Galileo de inercia vendría más adelante ser refinado y ser codificado por el Isaac Newton como el primer de sus leyes del movimiento (primero publicado en el trabajo de Newton, el Philosophiae Naturalis Principia Mathematica del, en 1687):

Unless actuada sobre por una fuerza desequilibrada, un objeto mantendrá un velocity.

constante

Observar ese " velocity" en este contexto se define como un vector, así " de Newton; velocity" constante; implica velocidad constante y la dirección constante (y también incluye el caso de la velocidad cero, o ningún movimiento). Desde la publicación inicial, las leyes del movimiento de Newton (y por la extensión esta primera ley) han venido formar la base para la rama casi universal aceptada ahora llamado de la física los mecánicos clásicos .

El " real del término; inertia" primero fue introducido por el Johannes Kepler en su epitome Astronomiae Copernicanae del (publicado en tres porciones a partir de 1618-1621); sin embargo, el significado del término de Kepler (que él derivó de la palabra latina para el " idleness" o " laziness") no estaba absolutamente igual que su interpretación moderna. Kepler definió inercia solamente en términos de resistencia al movimiento, basado de nuevo en la presunción que el resto era un estado natural que no necesitó la explicación. No era hasta que el trabajo posterior de Galileo y de Newton unificó resto y el movimiento en un principio ese el " del término; inertia" podría ser aplicado a estos conceptos pues es hoy.

Sin embargo, a pesar de la definición del concepto tan elegante en sus leyes del movimiento, incluso Newton no utilizó realmente el " del término; inertia" para referir a su primera ley. De hecho, Newton vio original el fenómeno que él describió en su primera ley del movimiento como siendo causado por el " forces" natural; inherente en la materia, que resistió cualquier aceleración. Dado esta perspectiva, y el préstamo de Kepler, Newton atribuyó realmente el " del término; inertia" para significar el " la fuerza natural poseída por un objeto que resiste cambios en motion" ; así " definido Newton; inertia" para significar el hacer del fenómeno, algo que el fenómeno sí mismo. Sin embargo, ideas originales de Newton del " force" resistente natural; eran en última instancia problemático por una variedad de razones, y la mayoría de los físicos piensan así no más en estos términos. Pues no se ha aceptado ningún mecanismo alterno fácilmente, y está generalmente aceptado ahora que puede no haber uno que podemos saber, el " del término; inertia" ha venido significar simplemente el fenómeno sí mismo, algo que cualquier mecanismo inherente. Así, en última instancia, " inertia" en la física clásica moderna ha venido estar un nombre para el mismo fenómeno descrito por la primera ley del movimiento de Newton, y los dos conceptos ahora son básicamente equivalente.

Relatividad

teoría de s de Albert Einstein 'de la relatividad especial, según lo propuesto en su papel 1905, " En la electrodinámica de cuerpos móviles, " fue empleado la comprensión de los bastidores de referencia de inercia de la inercia y desarrollados por Galileo y Newton. Mientras que esta teoría revolucionaria cambió perceptiblemente el significado de muchos conceptos neutonianos tales como masa, energía, y distancia, seguía habiendo el concepto de Einstein de inercia sin cambiar del significado original de Newton (de hecho la teoría entera fue basada en la definición de Newton de la inercia). Sin embargo, esto dio lugar a una limitación inherente en la relatividad especial que podría aplicar solamente cuando los marcos de referencia eran el de inercia en la naturaleza (significado cuando no hay aceleración presente). En un intento por tratar esta limitación, Einstein procedió a desarrollar su teoría de la relatividad general (" La fundación de la teoría de la relatividad general, " 1916), que proporcionó en última instancia una teoría unificada para el los marcos de referencia noninertial de inercia de y del (acelerado). Sin embargo, para lograr esto, en la relatividad general Einstein encontró necesario redefinir varios aspectos fundamentales del universo (tales como gravedad) en términos de nuevo concepto de " curvature" del espacio-tiempo, en vez del sistema más tradicional de fuerzas entendidas por Newton.

Como resultado de esta redefinición, Einstein también redefinió el concepto de " inertia" en términos de desviación geodésica en lugar de otro, con algunas implicaciones adicionales sutiles pero significativas. El resultado de esto es ése según relatividad general, al ocuparse mismo de los granes escala, la idea neutoniana tradicional del " inertia" no se aplica realmente, y no puede ser confiado necesario sobre. Afortunadamente, para las regiones suficientemente pequeñas de espacio-tiempo, la teoría especial puede todavía ser utilizada, en la cual la inercia todavía significa igual (y trabajos iguales) que en el modelo clásico. Hacia el final de su vida parece como si Einstein se hubiera convencido que el espacio-tiempo del es una nueva forma del éter, de cierta manera sirviendo como marco de referencia para la característica de la inercia (Kostro, 2000).

Otro profundo, quizás el más bien conocido, conclusión de la teoría de la relatividad especial eran que la energía y la masa no son cosas separadas, pero son, de hecho, permutables. Esta nueva relación, sin embargo, también llevó con ella las nuevas implicaciones para el concepto de inercia. La conclusión lógica de la relatividad especial era que si la masa exhibe el principio de inercia, después la inercia debe también aplicarse a la energía también. Esta teoría, y los experimentos subsecuentes que confirmaban algunas de sus conclusiones, también han servido ampliar radical la definición de la inercia en algunos contextos para aplicarse a un contexto mucho más amplio incluyendo energía así como materia. 8]

Interpretaciones

Según Isaac Asimov

Según el Isaac Asimov en " Physics" de comprensión;: " Esta tendencia para el movimiento (o para el resto) a mantenerse constantemente a menos que sea hecha para hacer de otra manera por una cierta fuerza de interferencia se puede ver como clase de " holgazanería, " una clase de desgana de realizar un cambio. Y de hecho, ley del de Newton primera del movimiento Como el Isaac Asimov se enciende explicar, " Las leyes del movimiento de Newton representan asunciones y definiciones y no están conforme a prueba. Particularmente, la noción de la “inercia” es tanto una asunción como la noción de Aristotle del “lugar natural. ”… Estar segura, la nueva vista relativista del universo avanzado por Einstein le hace el llano que en algún sentido las leyes del movimiento de Newton son solamente aproximaciones… a velocidades ordinarias y la distancia, sin embargo, las aproximaciones es extremadamente good."

Total y “inercia”

La física y las matemáticas aparecen estar inclinadas menos para utilizar el concepto original de inercia como " una tendencia a mantener el momentum" y en lugar de otro favorecer la definición matemáticamente útil de la inercia como la medida de la resistencia de un cuerpo a los cambios en Massachusetts de inercia del ímpetu o simplemente de un cuerpo.

Esto estaba claro en el principio del vigésimo siglo, cuando la teoría de la relatividad todavía no fue creada. Formarse, el m, denotó algo como la cantidad de sustancia o la cantidad de materia. Y al mismo tiempo la masa era la medida cuantitativa de inercia de un cuerpo.

La masa de un cuerpo determina el P del ímpetu del cuerpo en el dado v de la velocidad; es un factor de proporcionalidad en la fórmula: del

l P = milivoltio

El factor m se refiere como masa de inercia .

Pero formarse con respecto a “inercia” de un cuerpo puede ser definido también por la fórmula: del

l F = mA

Por esta fórmula, el mayor su masa, menos un cuerpo acelera bajo fuerza dada. El m de las masas definido por la fórmula (1) y (2) es igual porque la fórmula (2) es una consecuencia de la fórmula (1) si la masa no depende de tiempo y de velocidad. Así, " la masa es la cuantitativa o la medida numérica de la inercia del cuerpo, de que está de su resistencia a ser accelerated".

Este significado de la inercia de un cuerpo del por lo tanto se altera del significado original como " una tendencia a mantener el momentum" a una descripción de la medida de cómo es difícil es cambiar el ímpetu de un cuerpo.

Masa de inercia

La única diferencia allí aparece estar entre la masa de inercia y la masa gravitacional es el método usado para determinarlas.

La masa gravitacional es medida comparando la fuerza de la gravedad de una masa desconocida a la fuerza de la gravedad de un Massachusetts conocido. Esto se hace típicamente con una cierta clase de escala del balance. La belleza de este método es que no importa dónde, o en qué planeta usted es, las masas compensarán siempre porque la aceleración gravitacional en cada objeto será igual. Esto analiza cerca de objetos supermassive tales como calabozos y estrellas de neutrón debido al alto gradiente del campo gravitacional alrededor de tales objetos.

La masa de inercia es encontrada aplicando una fuerza sabida a una masa desconocida, midiendo la aceleración, y aplicando la ley de Newton en segundo lugar, m = F/a . Esto da un valor exacto para la masa, limitado solamente por la exactitud de las medidas. Cuando los astronautas necesitan ser pesados en espacio exterior, encuentran realmente su masa de inercia en una silla especial.

La cosa interesante es que, físicamente, ninguna diferencia se ha encontrado entre Massachusetts gravitacional y de inercia. Muchos experimentos se han realizado para comprobar los valores y los experimentos convienen siempre dentro de la margen de error para el experimento. El Einstein utilizó el hecho de que la masa gravitacional y de inercia era igual comenzar su teoría de la relatividad general en la cual él postuló que la masa gravitacional era igual que masa de inercia, y que la aceleración de la gravedad es un resultado de un “valle” o cuesta en la serie continua de espacio-tiempo que cayeron las masas “abajo” mucho como los peniques tuercen en espiral alrededor de un agujero en el juguete común de la donación en un almacén de cadena.

Puesto que Einstein utilizó la masa de inercia para describir la relatividad especial, la masa de inercia es estrechamente vinculada a la masa relativista y es por lo tanto diferente de la masa de resto .

Marcos de inercia

En una localización tal como un carro ferroviario constantemente de mudanza, una bola caída (según lo visto por un observador en el carro) se comportaría mientras que si fue caído en un carro inmóvil. La bola descendería simplemente verticalmente. Es posible no hacer caso del movimiento del carro definiéndolo como marco de inercia . En un marco de mudanza pero de no-aceleración, la bola se comporta normalmente porque el tren y su contenido continúan moviéndose en una velocidad constante. Antes de ser caída, la bola viajaba con el tren a la misma velocidad, y la inercia de la bola se aseguró de que continuara moviéndose en la misma velocidad y dirección que el tren, incluso mientras que cae. Observar que, aquí, es la inercia que aseguró eso, no su Massachusetts.

En un marco de inercia todos los observadores en el movimiento (de no-aceleración) uniforme observarán las mismas leyes de la física. Sin embargo los observadores en otro marco de inercia pueden hacer un simple, e intuitivo obvio, transformación (la transformación galilea ), convertir sus observaciones. Así, un observador del exterior el tren móvil podría deducir que cayó la bola caída dentro del carro verticalmente hacia abajo.

Sin embargo, en los marcos que están experimentando la aceleración (marcos no-de inercia del ), los objetos aparecen ser afectados por las fuerzas ficticias '. Por ejemplo, si el carro ferroviario acelerara, la bola no caería verticalmente dentro del carro sino aparecería a un observador que se desviará porque el carro y la bola no estarían viajando a la misma velocidad mientras que caía la bola. Otros ejemplos de fuerzas ficticias ocurren en marcos giratorios tales como la tierra. Por ejemplo, un misil en el Polo Norte se podía estar dirigido directo a una localización y disparar hacia el sur. Un observador vería que desvió al parecer lejos de su blanco por una fuerza (la fuerza de Coriolis ) pero en realidad la blanco sudeña se ha movido porque la tierra ha girado mientras que el misil está en vuelo. Porque la tierra está girando, un marco de la referencia de inercia útil es definido por las estrellas, que se mueven solamente imperceptible durante la mayoría de las observaciones.

En resumen, el principio de inercia se liga íntimo a los principios de conservación de la energía y de conservación del ímpetu .

Inercia rotatoria

Otra forma de inercia es la inercia rotatoria (momento del del → de la inercia ), que refiere al hecho de que un cuerpo rígido giratorio mantiene su estado del movimiento rotatorio uniforme . Su ímpetu angular es sin cambios, a menos que un esfuerzo de torsión externo sea aplicado; esto también se llama conservación del ímpetu angular. La inercia rotatoria ha ocultado a menudo consecuencias prácticas.

Ver también

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Relatividad general
Sistema de dirección de inercia
Lista de momentos de la inercia
Principio del Mach
Leyes del movimiento de Newton
La física neutoniana
Relatividad especial
Energía cinética