Inèrcia
En física, la inèrcia (del llatí inertĭa) és la propietat que tenen els cossos que permaneixen en el seu estat de repòs o moviment relatius. Dit, de forma general, és la resistència que opon la matèria a que es modifique el seu estat de moviment, incloent canvis en la velocitat o en la direcció del moviment. Com a conseqüència, un cos conserva el seu estat de repòs relatiu o moviment rectilíneo uniforme relatiu si no hi ha una força que, actuant sobre ell, conseguixca canviar el seu estat de moviment.
En la naturalea no existix el repòs absolut, sempre tota la matèria està en moviment, per això quan es parla de repòs o Moviment Rectilíneo Uniforme (MRU) es deu afegir la paraula "relatiu" (relatiu a un sistema de referència). El cos està en repòs o en MRU solament con respecto de eixe sistema de referència. Quan un cos està en repòs relatiu sobre la superfície de la Terra, també està participant dels distints moviments que realisa el planeta si es considera un marc de referència centrat en el Sol. Aixina mateix, està somés a diferents forces com les gravitatorias de la Terra, el Sol, La Lluna i atres cossos, aixina com la resistència mecànica que impedix que s'afone en la terra, o es rebente. Es pot dir que el cos es troba en equilibri sobre la superfície de la Terra i, per lo tant, en repòs relatiu.
Podríem dir que és la resistència que opon un sistema de partícules a modificar el seu estat dinàmic.
En física es diu que un sistema té més inèrcia quan resulta més difícil conseguir un canvi en el estat físic del mateix. Els dos usos més freqüents en física són la inèrcia mecànica i la inèrcia tèrmica.
La primera d'elles apareix en mecànica i és una mida de dificultat per a canviar l'estat de moviment o repòs d'un cos. La inèrcia mecànica depén de la cantitat de massa i del tensor d'inèrcia.
L'inèrcia tèrmica medix la dificultat en la que un cos canvia el seu temperatura en estar en contacte en atres cossos o ser calfat. L'inèrcia tèrmica depén de la capacitat calorífica.
Les anomenades forces d'inèrcia són forces fictícies o aparents que un observador percep en un sistema de referència no-inercial.
Interpretacions de l'inèrcia
[editar | editar còdic]Hi ha investigadors que consideren l'inèrcia mecànica com a manifestació de la massa, i estan interessats en les idees de la física de partícules sobre el bosón de Higgs. D'acort en el model estàndar de la física de partícules, totes les partícules elementals carixen pràcticament de massa. Les seues masses (i per lo tant la seua inèrcia) provenen del Mecanisme de Higgs via intercanvie en un camp omnipresent de Higgs. Açò du a deduir l'existència d'una partícula elemental, el bosón de Higgs.
Uns atres estan inclinats a vore l'inèrcia com una característica conectada en la massa, i treballen a lo llarc d'atres camins. El número dels investigadors que entreguen noves idees ací és reduït. Moltes de les idees presentades al respecte encara són mirades com protociencia, pero ilustra cóm està alvançant la formació de teorias en esta àrea.
Una publicació recent del físic suec-americà C. Johan Masreliez propon que el fenomen de l'inèrcia pot ser explicat, si els coeficients mètrics en la llínea element de Minkowskian són canviats com a conseqüència de la acceleració. Cert factor de posicionament modela l'inèrcia com a efecte de tipo gravitacional.[1]
En un artícul successiu para Physica Scripta, explica cóm la relativitat especial pot ser compatible en un cosmos en un marc cosmológico fix i únic de la referència. La transformació de Lorentz modela la formació de l'estructura ("“orphing"” de les partícules mòvils, que pogueren preservar les seues característiques canviant les seues geometria del espai-temps local. En açò la geometria es convertix en dinàmica i una part integral de moviment. Masreliez diu que és esta geometria la que canvia per a ser la font de l'inèrcia; ergo, per a generar la força d'inèrcia.[2] Si fora acceptada, l'inèrcia podria conectar la relativitat especial en la relativitat general. No obstant, encara que els marcs inerciales seguixen sent físicament equivalents i les lleis de la física s'apliquen igualment, no modelen el mateix espai-temps. Estes noves idees, SEC han segut comprovades fins ara no solament pel proponente, sino també per alguns membres de la comunitat científica.[3] La teoria de la SEC és controvertida, ya que refuta l'hipòtesis del Big Bang
Un atre acostament ha segut sugerit per Emil Marinchev (2002).[4]
Història i desenroll del concepte d'inèrcia
[editar | editar còdic]Primers coneiximents sobre el moviment inercial
[editar | editar còdic]John H. Lienhard senyala a Mozi -basat en un text chinenc del periodo dels Regnes Combatents (475-221 a. C.- com l'autor de la primera descripció de l'inèrcia.[5] Abans de la Renaixença europea, la teoria del moviment predominant en la filosofia occidental era la d'Aristóteles (335 a. C.-322 a. C.). En la superfície de la Terra, la propietat d'inèrcia dels objectes físics sol quedar emmaixquerada per la gravetat i els efectes de la fricció i la resistència de l'aire, que tendixen a disminuir la velocitat dels objectes en moviment (comunament fins al punt de repòs). Açò va induir al filòsof Aristóteles a creure que els objectes es mourien només mentres se'ls aplicara una força.[6][7] Aristóteles va afirmar que tots els objectes en moviment (en la Terra) acabaven per detindre's a menos que una força externa continuara movent-los.[8] Aristóteles va explicar el moviment continuat dels proyectils, despuix de ser separats del seu proyector, com una acció (en sí mateixa inexplicable) del mig circumdant que continuava movent el proyectil.[9]
A pesar de la seua acceptació general, el concepte de moviment d'Aristóteles[10] va ser discutit en vàries ocasions per filòsofs notables a lo llarc de casi dos milenis. Per eixemple, Lucrecio (seguint, presumiblement, a Epicuro) va afirmar que el "estat per defecte" de la matèria era el moviment, no la estasis (estancament).[11] En el VI, Juan Filopon va criticar l'incoherència entre la discussió d'Aristóteles sobre els proyectils, a on el mig manté als proyectils en moviment, i la seua discussió sobre el buit, a on el mig impediria el moviment d'un cos. Filopón va propondre que el moviment no es mantenia per l'acció d'un mig circumdant, sino per alguna propietat impartida a l'objecte quan es posava en moviment. Encara que no es tractava del concepte modern d'inèrcia, ya que seguia sent necessari un poder per a mantindre un cos en moviment, va resultar ser un pas fonamental en eixa direcció.[12][13] Averroes i molts filòsofs escolàstics que recolzaven a Aristóteles es varen opondre fermament a este punt de vista. No obstant, este punt de vista no va quedar sense resposta en el món islàmic, a on Filopón va tindre varis partidaris que varen desenrollar les seues idees.
En el XI, el polímata persa Ibn Sina (Avicena) va afirmar que un proyectil en el buit no es detindria a menos que s'actuara sobre ell.[14]
Teoria de l'ímpetu
[editar | editar còdic]AP
En el XIV, Jean Buridan va rebujar la noció de que una propietat generadora de moviment, que ell va denominar ímpetu, es dissipara espontàneament. La posició de Buridan era que un objecte en moviment seria detingut per la resistència de l'aire i el pes del cos, que s'opondrien al seu ímpetu.[15] Buridan també sostenia que l'ímpetu aumentava en la velocitat; per tant, la seua idea inicial d'ímpetu era similar en molts aspectes al concepte modern d'impuls. A pesar de les òbvies similituts en les idees més modernes d'inèrcia, Buridán considerava la seua teoria només com una modificació de la filosofia bàsica d'Aristóteles, mantenint molts atres punts de vista peripatéticos, inclosa la creència de que seguia existint una diferència fonamental entre un objecte en moviment i un objecte en repòs. Buridán també creïa que l'ímpetu podia ser no només llineal, sino també circular per naturalea, fent que els objectes (com els cossos celests) es mogueren en círcul. La teoria de Buridán va ser seguida pel seu discípul Alberto de Sajonia (1316-1390) i els Calculadors d'Oxford, que varen realisar varis experiments que varen socavar encara més el model aristotèlic. Nicole Oresme, pionera en la pràctica d'ilustrar les lleis del moviment en gràfics, va desenrollar el seu treball.
Poc abans de la teoria de l'inèrcia de Galileo, Giambattista Benedetti va modificar la creixent teoria de l'ímpetu per a implicar únicament el moviment llineal:
- "...[Qualsevol] porció de matèria corpórea que es mou per sí mateixa quan se li ha imprés un ímpetu per qualsevol força motriu externa té una tendència natural a moure's en una trayectòria rectilínea, no curva"[16]
Benedetti cita el moviment d'una pedra en una fonda com a eixemple del moviment llineal inherent als objectes, forçats a un moviment circular.
Inèrcia clàssica
[editar | editar còdic]Segons Charles Coulston Gillispie, l'inèrcia "va entrar en la ciència com una conseqüència física de la geometrización de l'espai-matèria de Descartes, combinada en la inmutabilidad de Deu".[17] El primer físic que va trencar completament en el model aristotèlic del moviment va ser Isaac Beeckman en 1614.[18] El terme "inèrcia" va ser introduït per primera volta per Johannes Kepler en el seu Epitome Astronomiae Copernicanae[19] (publicat en tres parts de 1617 a 1621); no obstant, el significat del terme de Kepler (que va derivar de la paraula llatina per a "ociosidad" o "gos") no era exactament el mateix que la seua interpretació moderna. Kepler va definir l'inèrcia només en térmens de resistència al moviment, basant-se una volta més en la presunció de que el repòs era un estat natural que no necessitava explicació. No va ser fins als treballs posteriors de Galileo i Newton, que varen unificar el repòs i el moviment en un principi, quan el terme "inèrcia" va poder aplicar-se a estos conceptes tal i com es fa hui.[20] El principi d'inèrcia, tal i com ho va formular Aristóteles per als "moviments en el buit",[21] inclou que un objecte mundà tendix a resistir-se a un canvi de moviment. La divisió aristotèlica del moviment en mundà i celest es va fer cada volta més problemàtica davant les conclusions de Nicolás Copérnico en el XVI, qui sostenia que la Terra mai està en repòs, sino en moviment constant al voltant del Sol.[22]
Galileo, en el seu posterior desenroll del model copernicano, va reconéixer estos problemes en la naturalea llavors acceptada del moviment i, a lo manco parcialment, com a resultat, va incloure una reformulación de la descripció d'Aristóteles del moviment en el buit com a principi físic bàsic:
- Un cos que es mou sobre una superfície plana continuarà en la mateixa direcció a una velocitat constant a menos que siga pertorbat.
Galileo escriu que "eliminats tots els impediments externs, un cos pesat sobre una superfície esfèrica concèntrica en la Terra es mantindrà en l'estat en que es trobava; si se li posa en moviment cap a l'oest (per eixemple), es mantindrà en eixe moviment".[23] Esta noció, denominada "inèrcia circular" o "inèrcia circular horisontal" pels historiadors de la ciència, és precursora pero distinta de la noció d'inèrcia rectilínea de Newton.[24][25] Per a Galileo, un moviment és "horisontal" si no du al cos en moviment cap al centre de la Terra ni ho allunta d'ell, i per a ell, "un barco, per eixemple, havent rebut una volta cert impuls a través de la tranquila mar, es mouria contínuament al voltant del nostre globo sense detindre's jamai".[26][27] També cal senyalar que Galileo va aplegar més vesprada (en 1632) a la conclusió de que, basant-se en esta premissa inicial de l'inèrcia, és impossible distinguir entre un objecte en moviment i un d'immòvil sense alguna referència exterior en la que comparar-ho (sistema marque de referència).[28] Esta observació va acabar sent la base per a que Albert Einstein desenrollara la teoria de la relativitat especial.
Els conceptes d'inèrcia dels escrits de Galileo serien refinats, modificats i codificats més vesprada per Isaac Newton com la primera de les seues Lleis del Moviment (publicada per primera volta en l'obra de Newton, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, en 1687):
- Tot cos persevera en el seu estat de repòs, o de moviment uniforme en una llínea recta, a menos que siga obligat a canviar eixe estat per forces impreses sobre ell.
A pesar d'haver definit el concepte en tanta elegància en les seues lleis del moviment, Newton no va utilisar realment el terme "inèrcia" per a referir-se a la seua Primera Llei. De fet, originalment considerava que el fenomen respectiu estava causat per "forces innates" inherents a la matèria, que es resistien a qualsevol acceleració. Des d'esta perspectiva, i prenent prestat de Kepler, Newton va atribuir al terme "inèrcia" el significat de "la força innata que posseïx un objecte i que es resistix als canvis de moviment"; d'esta manera, Newton va definir la "inèrcia" com la causa del fenomen, en lloc del fenomen en sí. No obstant, les idees originals de Newton sobre la "força de resistència innata" varen resultar problemàtiques per diverses raons, per lo que la majoria dels físics ya no pensen en estos térmens. Com no s'ha acceptat fàcilment cap mecanisme alternatiu, i ara s'accepta en general que pot ser que no hi haja cap que pugam conéixer, el terme "inèrcia" ha passat a significar simplement el fenomen en sí, en lloc de qualsevol mecanisme inherent. Aixina, en última instància, la "inèrcia" en la física clàssica moderna ha passat a ser un nom per al mateix fenomen descrit per la Primera Llei del Moviment de Newton, i els dos conceptes es consideren ara equivalents.
Relativitat
[editar | editar còdic]La teoria de la relativitat especial d'Albert Einstein, proposta en el seu artícul de 1905 titulat "Sobre l'electrodinàmica dels cossos en moviment", es basava en la comprensió dels sistemes de referència inerciales desenrollada per Galileo, Huygens i Newton. Encara que esta revolucionària teoria va canviar significativament el significat de molts conceptes newtonianos com a massa, energia i distància, el concepte d'inèrcia d'Einstein va permanéixer en un principi inalterado respecte al significat original de Newton. No obstant, açò va donar lloc a una llimitació inherent a la relativitat especial: el principi de relativitat només podia aplicar-se als sistemes de referència inerciales. Per a fer front a esta llimitació, Einstein va desenrollar la seua teoria general de la relativitat ("Els fonaments de la teoria general de la relativitat", 1916), que proporcionava una teoria que incloïa els sistemes de referència no inerciales (accelerats).[29]
En la relativitat general, el concepte de moviment inercial va adquirir un significat més ampli. Tenint en conte la relativitat general, el moviment inercial és qualsevol moviment d'un cos que no es veu afectat per forces d'orige elèctric, magnètic o d'un atre tipo, sino que es troba únicament baix l'influència de les masses gravitatorias.[30][31] Físicament parlant, açò és exactament lo que indica un accelerómetro de tres eixos que funcione correctament quan no detecta cap acceleració adequada.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Masreliez C. J., On the origin of inertial force, Apeiron (2006).
- ↑ Masreliez, C.J., Motion, Inertia and Special Relativity - a Novell Perspective, Physica Scripta, (decembre de 2006).
- ↑ «Virtualphysics sobre noves experiències (2006)». Archivat des d'el original, el 21 de juliol de 2010. Consultat el 22 de juny de 2010.
- ↑ Emil Marinchev (2002) Universality, i.a. sobre un nou principi generalisat de l'inèrcia.
- ↑ «No. 2080 The Survival of Invention».
- ↑ (1936).«Mechanical Problems (Mechanica)».Loeb Classical Library Cambridge (Mass.) and London.University of Chicago Library:
- ↑ Pages 2 to 4, Section 1.1, "Skating", Chapter 1, "Things that Move", Louis Bloomfield, Professor of Physics at the University of Virginia, How Everything Works: Making Physics Out of the Ordinary, John Wiley & Sons (2007), hardcover, ISBN 978-0-471-74817-5
- ↑ (2018) Aristotle's Science of Matter and Motion, University of Toronto Press, p. 21. ISBN 978-1-4875-0396-3. Extract of page 21
- ↑ Aristotle, Physics, 8.10, 267a1–21; Aristotle, Physics, trans. by R. P. Hardie and R. K. Gaye, 'projectile'
- Archivat el 29 de giner de 2007 archivat en Wayback Machine..
- ↑ Darling, David. Gravity's arc: the story of gravity, from Aristotle to Einstein and beyond, John Wiley and Sons, pp. 17, 50. ISBN 978-0-471-71989-2.
- ↑ Lucretius, On the Nature of Things (London: Penguin, 1988), pp. 80–85, 'all must move'
- ↑ Sorabji, Richard. Matter, space and motion : theories in antiquity and their sequel, 1st edició, Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, pp. 227–228. ISBN 978-0801421945.
- ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
- ↑ Espinoza, Fernando. "An Analysis of the Historical Development of Idees About Motion and its Implications for Teaching". Physics Education. Vol. 40(2). Medieval thought.
- ↑ Jean Buridan: Quaestiones on Aristotle's Physics (quoted at Impetus Theory)
- ↑ Stillman Drake - Essays on Galileo etc. Vol 3. Page 285.
- ↑ Gillispie, Charles Coulston (1960). The Edge of Objectivity: An Essay in the History of Scientific Idees, Princeton University Press, pp. 367–68. ISBN 0-691-02350-6.
- ↑ (2013).«Isaac Beeckman on Matter and Motion: Mechanical Philosophy in the Making».Johns Hopkins University Press.
- 105–110.
- ↑ Lawrence Nolan (ed.), The Cambridge Descartes Lexicon, Cambridge University Press, 2016, "Inertia."
- ↑ Biad, Abder-Rahim. Restoring the Bioelectrical Machine (en en), Lulu Press, Inc. ISBN 9781365447709.
- ↑ sèptim paràgraf de la secció 8, llibre 4 de Physica
- ↑ Nicholas Copernicus, The Revolutions of the Heavenly Spheres, 1543
- ↑ Drake, Stillman. «Galilei's presentation of his principle of inertia, p. 113».
- ↑ Vore l'artícul d'Alan Chalmers "Galilean Relativity and Galileo's Relativity", en Correspondence, Invariance and Heuristics: Essays in Honour of Heinz Post, eds. Steven French and Harmke Kamminga, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, pp. 199–200, ISBN 0792320859. Chalmers no creu, no obstant, que la física de Galileo tinguera un principi general d'inèrcia, circular o d'un atre tipo. page 199
- ↑ Dijksterhuis E.J. The Mechanisation of the World Picture, Oxford University Press, Oxford, 1961, p. 352
- ↑ Drake, Stillman. «Discoveries and Opinions of Galileo, p. 113-114».
- ↑ Galileo, Letters on Sunspots, 1613 quoted in Drake, S. Discoveries and Opinions of Galileo, Doubleday Anchor, New York, 1957, pp. 113–114.
- ↑ Galileo, Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, 1632 (full text).
- ↑ Alfred Engel English Translation:(1997).«The Foundation of the General Theory of Relativity».Princeton University Press.New Jersey:
- ↑ (1962) Einstein's Theory of Relativity, New York: Courier Dover Publications, p. 315. ISBN 0-486-60769-0. «inertial motion.»
- ↑ Max Born (1922). «Einstein's Theory of Relativity - inertial motion, p. 252». New York, E. P. Dutton and company, publishers.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Inercia» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.