Tröghet och rörelselagen

Tröghet är namnet på en tendens för ett objekt i rörelse att förbli i rörelse, eller ett objekt i vila att förbli i vila om det inte påverkas av en kraft. Detta koncept kvantifierades i Newtons första rörelselag.

Ordet tröghet kom från det latinska ordet iners, vilket betyder ledig eller lat och användes först av Johannes Kepler.

Tröghet är en kvalitet på alla föremål gjorda av materia som har massa. De fortsätter att göra vad de gör tills en kraft ändrar hastighet eller riktning. En boll som sitter stilla på ett bord börjar inte rulla runt såvida inte något pressar på det, vare sig det är din hand, ett luftvind eller vibrationer från bordets yta. Om du kastade en boll i det friktionslösa vakuumet i rymden, skulle det fortsätta med samma hastighet och riktning för alltid om det inte påverkas av tyngdkraften eller en annan kraft som till exempel en kollision.

Mass är ett mått på tröghet. Föremål med högre massa motstår förändringar i rörelse mer än föremål med lägre massa. En mer massiv boll, till exempel en som är gjord av bly, kommer att ta ett större tryck för att starta den. En styrofoamkula av samma storlek men låg massa kan sätts i rörelse av en luftblåsning.

I vardagen ser vi rullande bollar vila. Men de gör det för att de påverkas av tyngdkraften och från effekterna av friktion och luftmotstånd. Eftersom det är vad vi observerar följde västlig tanke i många århundraden teorin om Aristoteles, som sa att rörliga föremål så småningom skulle vila och behövde fortsatt kraft för att hålla dem in rörelse.

Under sjuttonhundratalet experimenterade Galileo med rullande bollar på lutande plan. Han upptäckte att när friktionen minskade, rullade kulor nerför ett lutande plan uppnådde nästan samma höjd rullande tillbaka upp mot ett motståndande plan. Han resonerade att om det inte fanns någon friktion, skulle de rulla ner en lutning och sedan fortsätta rulla på en horisontell yta för alltid. Det var inte något medfött i bollen som fick den att sluta rulla; det var kontakt med ytan.

Isaac Newton utvecklade de principer som visas i Galileos observationer till sin första rörelselag. Det kräver en kraft för att stoppa bollen från att fortsätta rulla när den är igång. Det kräver en kraft för att ändra hastighet och riktning. Det behöver inte en kraft för att fortsätta röra sig med samma hastighet i samma riktning. Den första rörelselagen benämns ofta tröghetslagen. Denna lag gäller för en tröghetsreferensram. Sammanfattning 5 av newtonPrincipia säger:

Rörelserna hos kroppar som ingår i ett visst utrymme är desamma varandra, vare sig det utrymmet ligger i vila eller rör sig jämnt framåt i en rak linje utan cirkulär rörelse.

På detta sätt, om du släpper en boll på ett rörligt tåg som inte accelererar, kommer du att se bollen falla rakt nedåt, som du skulle göra på ett tåg som inte rörde sig.