Siła bezwładności

Wspomnieliśmy, że zasady dynamiki Newtona są spełnione w inercjalnych układach odniesienia, czyli takich, które są związane z ciałem w spoczynku lub poruszającym się ruchem postępowym jednostajnie prostoliniowym. Każdy inny układ, to układ nieinercjalny.

Przykład

Załóżmy, że siedzisz w fotelu przedziału i jedziesz ze stałą prędkością w pociągu bez okien, w idealnie wytłumionym od drgań i dźwięków wagonie. Ponieważ jedynym układem odniesienia, jaki masz do dyspozycji, jest wnętrze tego wagonu, masz wrażenie, że się w ogóle nie poruszasz. Zresztą w tym układzie odniesienia jest to prawdą. Nagle czujesz, że względem wagonu przesuwasz się do przodu. Dzieje się tak dlatego, że pociąg hamuje, a twoje ciało wskutek bezwładności dąży do zachowania dotychczasowej prędkości. Co to może oznaczać? Oczywiście pociąg zahamował, a ty poczułeś działanie jakiejś dziwnej siły i nie możesz wskazać jej źródła oddziaływania. Otóż znalazłeś się w nieinercjalnym układzie odniesienia (zmieniającym swoją prędkość). Zadziałała na ciebie pozorna siła, zwana siłą bezwładności. Oczywiście obserwator na ławce przy nasypie torów, który obserwuje cię przez ściany wagonu (załóżmy, że może) nie jest w stanie przypisać twojemu ciału żadnej działającej siły. Dla tego obserwatora twoje ciało nadal "chce się" poruszać ze stałą prędkością, bo przecież nie zadziałała na ciebie żadna siła w chwili hamowania pociągu. Stąd pozorność działania na ciebie pewnej siły. W układzie związanym z Ziemią nie trzeba wprowadzać dodatkowej siły bezwładności. Ruch ciała można wyjaśnić bezwładnością oraz rzeczywistymi siłami kontaktu, jeśli takie występują.

Siła bezwładności jest to pozorna siła związana z dodatkowym przyspieszeniem, jakie występuje przy badaniu ruchu w nieinercjalnym układzie odniesienia.

Aby w układzie odniesienia móc stosować zasady dynamiki Newtona, należy do wszystkich sił działających na dane ciało dodać siłę bezwładności, która jest dana wzorem:

\({\vec{F}}_b=-m{\vec{a}}_{u}\)

gdzie:

Zauważ, że zwrot siły bezwładności jest przeciwny do zwrotu przyspieszenia układu odniesienia.

Siła bezwładności nie pochodzi od oddziaływania z innym ciałem. Wprowadzamy ją tylko po to, aby móc stosować zasady dynamiki Newtona w układzie nieinercjalnym.

Szczególnym przypadkiem siły bezwładności jest siła odśrodkowa, siła Coriolisa.

Symulacja

Siła bezwładności — wahadło w pojeździe

Pojazd jedzie jednostajnie — wahadło pionowo. Naciśnij gaz lub hamulec, by zobaczyć wychylenie.

⟶ Obserwator związany z ziemią (układ inercjalny)
⊙ Obserwator znajduje się w wagonie (układ nieinercjalny)
v = 80 km/h  |  a = 0,0 m/s²  |  vmax = 150 km/h
kąt wychylenia φ
0,0°
naprężenie nici T
siła bezwładności |Fb|
0,0 N
naprężenie T ciężar mg siła bezwładności −ma wypadkowa ma (układ inercjalny)

Ruch jednostajny (a = 0): wahadło wisi pionowo — brak wypadkowej siły poziomej.
Przyspieszenie (gaz): w układzie inercjalnym wypadkowa siła (fioletowa) nadaje kulce przyspieszenie razem z pojazdem — wahadło wychyla się do tyłu. W układzie wagonu pojawia się siła bezwładności (−ma, zielona) skierowana do tyłu — równoważy T i mg.
Hamowanie: kierunki odwrotne — wahadło wychyla się do przodu.

Kąt wychylenia: φ = arctan(a / g). Masa kulki nie wpływa na kąt, ale skaluje T i |Fb|.

Ćwiczenia

Zwiększ populację dziobaków, rozwiązując krótkie zadania i ćwiczenia związane z tą lekcją.



kafelek 1
kafelek 2
kafelek 3
kafelek 4
kafelek 5

Nie jesteś zalogowany.

Z jajka nic się nie wykluje, a Twoja populacja dziobaków nie przetrwa po opuszczeniu strony... Zaloguj się

Aby otworzyć złote jaja, musisz posiadać Plan Premium.


Zadania z rozwiązaniami

Zadanie nr 1.

Pasażer o masie \(m=70\ \text{kg}\) siedzi w pociągu, który zaczyna hamować. Przyspieszenie pociągu ma wartość \(a_u=1{,}5\ \text{m/s}^2\) i jest skierowane przeciwnie do kierunku jazdy. Oblicz wartość siły bezwładności działającej na pasażera w układzie związanym z pociągiem. Określ także jej zwrot.

Pokaż rozwiązanie zadania.



📑 MODUŁY KURSU




© medianauka.pl, 2017-01-16, A-3385/1642
Data aktualizacji artykułu: 2026-07-03



FacebookWhatsAppTwitter/XLinkedInEmail
©® Media Nauka 2008-2026 r.