Siła bezwładności

Siła bezwładności - definicja i wzory

Siła bezwładności – to siła która występuje w nieinercjalnym układzie odniesienia i jest rezultatem przyspieszenia tego układu. Nie jest to oddziaływanie z innymi ciałami jak ma to miejsce chociażby w standardowo rozpatrywanej sile grawitacji, więc nazywamy ją siłą pozorną. W przypadku gdy układ odniesienia względem otoczenia porusza się ruchem przyspieszonym, to z jego poziomu ciała w tym środowisku też poruszają się tym rodzajem ruchu, tylko skierowanym w przeciwną stronę. Stwarza to wrażenie działania jakieś siły i jest nią właśnie bezwładność. Uwaga! W przy opisywaniu zjawiska w którym pojawia się bezwładność w układzie inercjalnym siła bezwładności nie występuje, w takim przypadku korzystamy z innych sił do wyjaśnienia zachowania się ciał. Wzory oraz teoretyczne przykłady dotyczące działania siły można znaleźć tutaj.
W tym artykule zajmiemy się jednak działaniem tej siły w rzeczywistości.

Praktyczne występowanie

Na co dzień nie zdajemy sobie sprawy jak blisko nas jest fizyka i jak żywa jest to dziedzina nauki. Jednym z takich przykładów jest właśnie omawiana wielkość. Czy zastanawialiście się kiedyś dlaczego podczas jazdy autobusem ciężko jest utrzymać równowagę podczas gwałtownego hamowania, a ostre ruszenie do przodu wciska was w fotel? To właśnie efekt bezwładności. W dużym uproszczeniu kiedy pojazd jedzie z daną prędkością poruszamy się wraz z nim ruchem jednostajnym prostoliniowym, kiedy kierowca wciska hamulec traci on prędkość, jednak nas „nic nie hamuje”, powoduje to, że nasze ciało nadal „chce” się poruszać do przodu. W wyniku czego, zanim sami wytracimy prędkość, w stanie bezwładności jesteśmy wyrzucani do przodu.

Podobna sytuacja ma miejsce kiedy próbujemy skręcić samochodem, zawsze czujemy, że coś nas „ściąga” w przeciwnym kierunku, jest to spowodowane próbą zmiany toru ruchu. Nasze ciało nadal usiłuje poruszać się w linii prostej. Ta działająca w przeciwną stronę siła to właśnie zjawisko bezwładności. Następnym przykładem, z którego najczęściej korzysta się w zadaniach jest Winda. Dlaczego? Ponieważ jest to najbardziej charakterystyczny przypadek działania bezwładności związany z pionowym ruchem ciała ze zmianą wysokości. Kiedy dźwig porusza się z przyspieszeniem w górę siła bezwładności skierowana jest w dół. Gdybyśmy mieli w środku wagę i stanęli na niej podczas spoczynku i w trakcie ruchu, to kiedy byśmy się przemieszczali nasz ciężar zmierzony byłby większy od rzeczywistego. Przyczyną tego względnego wzrostu jest właśnie oddziaływanie tej siły. Analogicznie, gdyby winda jechałaby w dół, a bezwładność zorientowana ku górze odczytany ciężar byłby mniejszy od prawdziwego.

Kosmonautyka a bezwładność

Przy okazji tego tematu nie sposób nie wspomnieć o astronomii. Loty w kosmos są bezpośrednio powiązane z omawianą siłą, bez niej byłyby wręcz niemożliwe. Początkowe etapy wznoszenia odbywają się w oparciu o napęd za pomocą silników rakietowych, dalsze zaś za pomocą bezwładności. W uproszczeniu - próżnia w kosmosie i brak oddziaływania ziemskiej grawitacji powoduje, że ciało wprawione w ruch lekkim impulsem porusza się dalej do przodu. W ten sposób, po pokonaniu atmosfery, w porównaniu do samego wyniesienia w przestrzeń, można lecieć dalej przy użyciu minimalnej mocy napędu.

Oczywiście jak przystało na misję kosmiczną, na pokładzie wahadłowca są astronauci. Jak to się dzieje, że „lewitują” na pokładzie? Kiedy statek wychodzi z tzw. gęstej atmosfery (granica to ok. 90km nad powierzchnią Ziemii) i zostają wyłączone silniki rakietowe pasażer odczuwa stan nieważkości. Zaniknie on jednak gdy napęd zostanie ponownie uruchomiony bądź gdy na rakietę zaczną oddziaływać zewnętrzne siły oporu, a także gdy znajdzie się on z daleka od masywnych źródeł grawitacji. Wtedy, poza siłą ciążenia będzie na nią oddziaływać siła napędu wahadłowca lub oddziaływanie hamujące. Działają one bezpośrednio na obiekt, nie astronautę. W rezultacie statek przyspiesza względem znajdującego się w środku człowieka. W nieinercjalnym układzie odniesienia związanym z wahadłowcem zaistnieje siła bezwładności, która zepchnie kosmonautę w stronę krańca statku przeciwległego do zwrotu siły zewnętrznej działającej na rakietę.