Inerzia
Che cos'è l'inerzia?
L'inerzia è la tendenza di un corpo dotato di massa di mantenere invariata la propria velocità se su di esso non agisce alcuna forza oppure se la risultante di tutte le forze che agiscono su di esso è uguale a zero.
L'inerzia è una proprietà dei corpi che si identifica con la massa, infatti tanto più un corpo è massivo tanto più difficile sarà metterlo in movimento o fermarlo.
Inerzia e primo principio della dinamica
Questo concetto è espresso dal primo principio della dinamica di Newton detto appunto Principio di inerzia che afferma questo: un corpo non soggetto a forze o soggetto a forze la cui risultante è nulla, permane nel suo stato di quiete (velocità nulla) o continua a muoversi di moto rettilineo uniforme (velocità costante).
Nel caso in cui la risultante di tutte le forze che agisce su un corpo è pari a zero, allora ci sono due casi in cui un corpo può trovarsi:
- ci sarà equilibrio statico se l'oggetto rimane fermo,
- ci sarà equilibrio dinamico se l'oggetto si starà muovendo di moto rettilineo uniforme.
Ogni volta che più forze agiscono su un corpo dovremo verificare dunque il valore della risultante per determinare se un corpo subirà o meno un'accelerazione.
Corpo in movimento a velocità costante
L'esperienza di ogni giorno mostra che per mantenere un oggetto in movimento è necessario applicare una certa forza. Ad esempio per mantenere un'automobile a velocità costante è necessaria la spinta di un motore; se il motore si spegne dopo aver percorso un certo spazio l'auto si fermerà.
La velocità degli oggetti sembrerebbe essere determinata dalle forze ad essi applicate. Questo in realtà non è vero infatti si tratta di un'impressione errata. Infatti la spinta che il motore fornisce all'auto non è l'unica forza che agisce su di essa; quando l'auto si muove infatti bisogna vincere la forza di attrito tra le ruote e la strada e se l'auto procede a velocità costante vuol dire che la forza che il motore le imprime è uguale alla forza di attrito e dunque l'auto procede a velocità costante.
Se potessimo eliminare l'attrito scopriremmo che gli oggetti in realtà hanno la tendenza a muoversi a velocità costante in intensità, direzione e verso mentre se sono fermi tendono a restare fermi. Questa tendenza naturale dei corpi è proprio l'inerzia.
Il primo a intuire questa proprietà, ancor prima di Newton, è stato Galileo Galilei sulla base dei suoi esperimenti con il piano inclinato. Galileo ragionava in questo modo: la velocità di un corpo che scende lungo un piano inclinato va aumentando mentre la velocità di un corpo che sale lungo un piano inclinato progressivamente diminuisce.
Allora se il piano non fosse inclinato ma fosse orizzontale la velocità del corpo non aumenterebbe né diminuirebbe e pertanto l'oggetto continuerebbe a muoversi sempre alla stessa velocità.
Il principio di inerzia o primo principio della dinamica si può dunque interpretare tramite due affermazioni che derivano da questo enunciato logico: la forza applicata ad un corpo o la risultante delle forze applicate a un corpo è pari a zero se e solo se il corpo si trova in quiete o si muove a velocità costante.
Questa proposizione si può leggere in due modi alternativi:
- se la forza totale applicata su un punto materiale è uguale a zero allora esso si muove a velocità costante o è fermo;
- se un punto materiale si muove a velocità costante o è fermo allora vuol dire che la forza totale applicata su di esso è uguale a zero.
Sistema di riferimento e primo principio
La validità del primo principio della dinamica non è estesa a tutti i sistemi di riferimento, bensì solo a quelli inerziali. Dato un sistema di riferimento inerziale, ad esempio la Terra, è possibile stabilire se un qualsiasi altro sistema di riferimento è di tipo inerziale o meno a seconda che esso si muova rispetto al primo a velocità costante o acceleri. In particolare:
- se un sistema di riferimento si muove di moto rettilineo uniforme rispetto ad un sistema inerziale, anch'esso sarà di tipo inerziale;
- se un sistema di riferimento accelera rispetto ad un sistema di riferimento inerziale, esso non sarà di tipo inerziale.
Dunque se nell'esempio di prima l'auto incontra un ostacolo e frena bruscamente i passeggeri per inerzia continueranno a procedere alla stessa velocità e senza le cinture di sicurezza allacciate quindi i passeggeri andrebbero a sbattere contro il parabrezza.
L'interno di un'auto in frenata, in cui una forza apparente sembra agire e spingere i passeggeri in avanti, non rappresenta allora un sistema di riferimento inerziale e dunque il primo principio non è valido in quel sistema. Difatti pur essendo la risultante di tutte le forze che agiscono sui passeggeri nulla, il moto non avviene a velocità costante ma è soggetto ad accelerazione.
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