Inertia

In fysiikka , inertia on elin , joka Galilein viitekehys (kutsutaan inertiaan ), on sen taipumus säilyttää sen nopeus  : ilman ulkoisen vaikutuksen, mikä tahansa kohta elin jatkuu tasaisen suoraviivaisen liikkeen. Hitautta kutsutaan myös hitausperiaatteeksi tai hitauslaiksi ja Newtonin jälkeen Newtonin ensimmäiseksi laiksi .

Hitauslaissa ilmaistaan ​​se tosiasia, että jos pistekappaleen nopeus Galilean koordinaatistoon nähden on vakio, " kehoon kohdistuvien voimien summa on nolla".

Inertian käsitettä pidetään edelleen klassisen fysiikan normina . Inertian kvantifiointi tehdään Newtonin toisen lain eli dynamiikan perusperiaatteen mukaan  : inertia on ruumiin inertin massan funktio , mitä suurempi tämä on, sitä enemmän voima, jota tarvitaan sen liikkeen muuttamiseen, on tärkeä.

Jos kehoa tarkastellaan ei-inertiaalisesta viitekehyksestä , inertiaalinen voima pyrkii siirtämään kehon liikkumattomuudesta liikkeeseen ja siirtämään liikkeen pois tasaiselta suoraviivaiselta polulta. Se on näennäinen voima tai näennäisvoima , joka johtuu suoraan ruumiin inertiasta inertiaalisessa viitekehyksessä, johon nähden ei-inertiaalisella viitekehyksellä on epälineaarinen liike; se päätellään Newtonin laeista .

Hitausmomentti on rotaatio vastaava massaviiveen, sen olemassaolo ja sen ominaisuuksia klassisen fysiikan päätellään sovelluksen Newtonin lakeja . Hitausmomentti auttaa selittämään pyörän ja yläosan vakauden .

Historiallinen

Ennen Galileota liiketeoria on länsimaisessa filosofiassa saneleman aristotelelaisen fysiikan, joka ei tunne inertiaa eikä ole sen kanssa yhteensopiva. Kehon luonnollinen tila on muun muassa liikkumattomuus "luonnollisessa paikassa", ja sen "luonnollinen liike" on palata sinne (raskaat tai "vakavat" kappaleet alaspäin kuten maa ja vesi., Kevyet kappaleet ylöspäin ilmaa ja tulipalo) sisäisellä lopullisuuden ominaisuudella; kaikki muu liike on "väkivaltaista" ja vaatii jatkuvasti käytetyn "moottorin" ylläpitämistä.

Tämä muotoilu Aristoteleen on myös läsnä joukossa teoreetikot sysäyksen keksi puutteiden korjaamiseksi selitysten Aristoteleen käyttäytymisestä ammusten: Jean Buridan vie vanha ajatuksia Johannes Filoponos , Aristoteleen kommentaattori VI : nnen  vuosisadan, ja selittää liikettä, ei enää kosketuksesta moottorin ja matkapuhelimen välillä, mutta liikkeen mahdollisuudella pitää siinä tietty vauhti, jonka moottori varmistaa liikkuvalle keholle ja jota se pitää sysäyksenä . Juuri sysäyksen voiman lasku selittäisi ruumiiden kaatumisen. Tämä liiketeoria on edelleen läsnä Galileon ensimmäisessä ajatusmuodossa (erityisesti hänen De motussa ); se on ensimmäinen askel kohti hitausperiaatteen vahvistamista. Mutta Buridan menee pidemmälle ja selventää tätä väitettä selittämällä, että tiheä runko, koska se sisältää enemmän ainetta suhteessa pieneen tilavuuteensa, voi selittää, miksi sellainen ja sellainen runko voidaan laukaista pidemmälle kuin toinen runko, kehon ensimmäiset elementit. vauhtia, jota Descartes puolusti myöhemmin . Buridanin opetuslapsi, saksalainen Albert, sovelsi sysäyksen teoriaa taivaallisiin palloihin ja ehdotti uutta "painovoiman" teoriaa, joka erottaa ruumiin ja maan painovoiman, mikä aiheuttaa pitkän keskustelun, johon osallistuu jälleen. Leonardo da Vinci , Girolamo Cardano ja Bernard Palissy .

Nimi inertia annetaan Kepler taipumusta elinten pysyä levossa, vastustaa liikettä, joka on edelleen Aristoteleen käsitys.

Hitausperiaate on kuvattu kahdessa Galileon teoksessa vuonna 1632 ja vuonna 1638: Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo ja Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attenenti alla mecanica ei movimenti locali .

Galileo luopuu aristoteleisesta ja keskiaikaisesta kvalitatiivisesta käsityksestä kosmosesta ja mieluummin platonisen käsityksen: hänelle luonnon kieli on "geometrinen". Tutkimalla edeltäjiensä, mukaan lukien Archimedes , työtä , hän luopuu sysäyksestä ja kuvaa inertiaaliliikettä (samoin kuin liikkeen suhteellisuusteoria ) nimeämättä koskaan tätä ilmiötä. "[...] Galileo ei muotoillut hitausperiaatetta . Tietä, joka keskiaikaisen ja muinaisen tieteen hyvin järjestetystä kosmoksesta johtaa klassisen tieteen äärettömään maailmankaikkeuteen, hän ei ole mennyt loppuun.

Jos Galileon fysiikka perustuu "implisiittisesti" inertiaan, on tunnustettu, että Descartes on muotoillut parhaan inertian julkaisussaan "  Filosofian periaatteet , 2 e osa, §37" ja joka "ensimmäistä kertaa ymmärsi täysin sen soveltamisala ja merkitys ”. Kuitenkin määrittelemätön alkuperä - mutta se todennäköisesti syntyi Isaac Beeckmanin vaikutuksen alaisena , vaikka Cartesian periaatteella on muodollisesti oikeampi muoto, sillä on enemmänkin yleisen filosofisen väitteen kuin tieteellisen lausunnon asema. olosuhteet, joita geometroitu liiketeoria vaatii. Kun otetaan huomioon Galilean periaate, joka tutustuttaa meidät moderniin tieteeseen, sen todellinen soveltamisala on edelleen filosofinen kosmologia. Yhdistettynä lepoon ja liikkumiseen välinpitämättömän aineen käsitteeseen Galileo on klassisen hitausperiaatteen suora edeltäjä, mikä avaa tien ensimmäiselle matemaattiselle liiketeorialle, jonka tulokset siirtyvät kokonaan Newtonin synteesiin . Kun Newton , Scholiumissa, joka seuraa määritelmien ja liikelakien lausuntoa, Principia Mathematican ensimmäisessä osassa omistaa Galileolle ensimmäisen lain löytämisen (inertian periaate) mainitsematta Descartesia, hän panee merkille omalla tavallaan tämän tilanteen, jonka tarkkaavaisen periaatteiden lukijan on täytynyt ymmärtää täydellisesti.

Se on Jean-Baptiste Baliani , opetuslapsi Galileon joka yleistää ja periaatteesta inertia kuin peruslaki liikkeen, muotoillaan seuraavasti:

”Jokainen ruumis pysyy levossa tai tasaisessa liikkeessä suorassa linjassa, ellei sitä pakota itseään vaikuttaviin voimiin muuttaa tätä tilaa. "

Isaac Newton oli innoittamana kirjoituksia Galileon ja Descartes varten selvitys ensimmäinen laki hänen Philosophiae Naturalis Principia Mathematica julkaistiin 1686. Hänen muotoilussa inertia, vaikka tietoisesti eroaa Kepler, jää kiinni vanhojen käsitysten käyttämällä "ainekselle ominainen voima" selittämään hitausliikettä; melkein ylimääräinen vuosisata tarvitaan, jotta lääkemuoto olisi vapaa tällaisesta "hitausvoimasta", jonka on kirjoittanut Léonard Euler .

Aineelle (vis insita) ominainen vahvuus on voima, jota sen on vastustettava. Tämän voiman avulla jokainen ruumis pysyy itsestään nykyisessä lepotilassa tai tasaisessa liikkeessä suorassa linjassa. "

- Isaac Newton, Luonnonfilosofian matemaattiset periaatteet

Christian Huygens määritellään käsitteet keskipakoisvoiman ( hitausvoiman pyörivän kohteen ei-inertiaalikoordinaatistot on viite ) ja hitausmomentti .

Vuonna 1835 Gaspard-Gustave Coriolis kuvasi matemaattisesti artikkelissaan kehojärjestelmien suhteellisen liikkeen yhtälöistä toisen hitausvoiman, Coriolis-voiman .

Suhteellisuus

Erityisessä suhteellisuusteollisuudessa ruumiin inertia saadaan:

,

tai:

Inertia pyrkii kohti ääretöntä, kun nopeus on kohti c:

.

Hitaus, massa jne.

Ei ole yhtä ainoaa hyväksyttyä teoriaa, joka selittäisi inertian lähteen. Fyysikot , kuten Ernst Mach (katso Machin periaate ), Albert Einstein , Dennis W.Sciama ja Bernard Haisch , ovat tehneet useita merkittäviä ponnisteluja tällä tasolla , mutta kaikki muut teoreetikot ovat kritisoineet näitä pyrkimyksiä .

Kysymyksen viimeaikaisista käsittelyistä voidaan lainata C. Johan Masreliezin (2006-2009) teoksia , joiden tarkoituksena on muodostaa mittakaavan laajenevan kosmoksen teoria, ja Vesselin Petkovin (2009) teoksia .

Varastot

Hitaus ilmaistaan ​​eri tavalla tarkkailijan viitekehyksen tyypistä riippuen .

Huomautuksia ja viitteitä

  1. Benson 2009 , s.  128
  2. Alexandre Koyré , Galilean ja fyysinen vallankumous XVII th  luvulla , 1955 konferenssissa Alexandre Koyré, tutkimus historiaa tieteellisen ajattelun , Gallimard , 1966 ( 1 kpl  Edition) ( ISBN  2- 07-070335-5 ) .
  3. Lambros Couloubaritsis , muinaisen ja keskiajan filosofian historia , Grasset, 1998.
  4. Dominique Lecourt ja Thomas Bourgeois , Historian ja tieteen filosofian sanakirja , Presses Universitaires de France - PUF , kokoonpano.  "Quadrige Dicos Poche",2006, 4 th  ed. , 1195  Sivumäärä ( ISBN  978-2-13-054499-9 ) , " Hitaus (periaate)".
  5. Hänen aikanaan Aristoteleen jälkeen katsotaan, että pyöreä liike on ainoa luonnostaan ​​ikuinen liike tähtien havaitsemisen jälkeen. Koska Galileo ei voi poiketa tästä ajatuksesta, lopputulos on, että ainoa liike, jota voidaan jatkaa loputtomiin, on tasainen pyöreä liike.
  6. Alexandre Koyré , Études galiléennes , Éditions Hermann, 1966, s. 276.
  7. Clavelin Maurice, "Galileo ja Descartes hankitun liikkeen säilyttämisestä", 1700-luku, 1/2009 (nro 242), s. 31-43. lukea verkossa
  8. Newton 1686 , s.  47.
  9. Lévy-Leblond 1994 , s.  1726.
  10. (in) Masreliez CJ, alkuperästä hitausvoimien , Apeiron (2006) .
  11. (in) Masreliez, CJ, Motion, inertia ja suhteellisuusteorian - Novel Perspective, Physica Scripta (2007).
  12. (in) "suhteellisuusteoria ja luonne Spacetime", luku 9, sekä Vesselin Petkov, 2nd ed. (2009)

Katso myös

Bibliografia

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit