Eines der physikalischen Grundprinzipien der Wechselwirkung fester Körper ist das vom großen Isaac Newton formulierte Trägheitsgesetz. Dieses Konzept begegnet uns fast ständig, da es einen extrem großen Einfluss auf alle materiellen Objekte unserer Welt, einschließlich des Menschen, hat. Eine physikalische Größe wie das Trägheitsmoment wiederum ist untrennbar mit dem oben genannten Gesetz verbunden, das die Stärke und Dauer seiner Einwirkung auf feste Körper bestimmt.
Aus Sicht der Mechanik kann jeder materielle Gegenstand als ein unveränderliches und klar strukturiertes (idealisiertes) Punktesystem beschrieben werden, dessen gegenseitige Abstände sich je nach Art ihrer Bewegung nicht ändern. Dieser Ansatz ermöglicht es, das Trägheitsmoment fast aller Festkörper mit speziellen Formeln genau zu berechnen. Eine weitere interessante Nuance ist hierdie Tatsache, dass jede komplexe Bewegung mit den kompliziertesten Bahnen als eine Reihe einfacher Bewegungen im Raum dargestellt werden kann: Rotation und Translation. Das erleichtert auch den Physikern das Berechnen dieser physikalischen Größe erheblich.
Um zu verstehen, was das Trägheitsmoment ist und welchen Einfluss es auf die Welt um uns herum hat, ist es am einfachsten, das Beispiel einer starken Änderung der Geschwindigkeit eines Personenkraftwagens (Bremsen) zu verwenden. In diesem Fall werden die Beine eines stehenden Passagiers durch Reibung auf dem Boden mitgeschleift. Gleichzeitig wird jedoch kein Stoß auf Oberkörper und Kopf ausgeübt, wodurch sie sich noch einige Zeit mit derselben festgelegten Geschwindigkeit bewegen. Als Ergebnis wird sich der Fahrgast nach vorne lehnen oder fallen. Mit anderen Worten, das Trägheitsmoment der Beine, das durch die Reibungskraft auf dem Boden gelöscht wird, ist erheblich geringer als das der übrigen Körperpunkte. Das gegenteilige Bild wird bei einer starken Erhöhung der Geschwindigkeit eines Bus- oder Straßenbahnwagens beobachtet.
Das Trägheitsmoment lässt sich als physikalische Größe formulieren, die gleich der Summe der Produkte aus elementaren Massen (jene einzelnen Punkte eines Festkörpers) und dem Quadrat ihres Abstands von der Rotationsachse ist. Aus dieser Definition folgt, dass es sich bei diesem Merkmal um eine additive Größe handelt. Einfach ausgedrückt ist das Trägheitsmoment eines materiellen Körpers gleich der Summe ähnlicher Indikatoren seiner Teile: J=J1 + J2 + J 3 + …
Dieser Indikator für Körper mit komplexer Geometrie wurde experimentell gefunden. Konto fürBerücksichtigen Sie zu viele unterschiedliche physikalische Parameter, einschließlich der Dichte eines Objekts, die an verschiedenen Stellen inhomogen sein kann, was den sogenannten Massenunterschied in verschiedenen Körpersegmenten erzeugt. Dementsprechend sind die Standardformeln hier nicht geeignet. Beispielsweise kann das Trägheitsmoment eines Rings mit einem bestimmten Radius und gleichmäßiger Dichte, dessen Rotationsachse durch seinen Mittelpunkt geht, nach folgender Formel berechnet werden: J=mR2. Aber auf diese Weise wird es nicht möglich sein, diesen Wert für einen Reifen zu berechnen, dessen Teile alle aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Und das Trägheitsmoment einer Kugel mit fester und homogener Struktur kann nach folgender Formel berechnet werden: J=2/5mR2. Bei der Berechnung dieses Indikators für Körper relativ zu zwei parallelen Rotationsachsen wird ein zusätzlicher Parameter in die Formel eingeführt - der Abstand zwischen den Achsen, der mit dem Buchstaben a bezeichnet wird. Die zweite Rotationsachse wird mit dem Buchstaben L bezeichnet. Die Formel könnte beispielsweise so aussehen: J=L + ma2.
Sorgfältige Experimente zur Untersuchung der Trägheitsbewegung von Körpern und der Art ihrer Wechselwirkungen wurden erstmals von Galileo Galilei an der Wende vom 16. zum 17. Jahrhundert durchgeführt. Sie ermöglichten es dem großen Wissenschaftler, der seiner Zeit voraus war, das Grundgesetz über die Aufrechterh altung eines Ruhezustands oder einer geradlinigen Bewegung relativ zur Erde durch physische Körper ohne Einwirkung anderer Körper aufzustellen. Das Trägheitsgesetz wurde zum ersten Schritt zur Feststellung der physikalischen Grundprinzipien der Mechanik, die damals noch völlig vage, undeutlich und undurchsichtig waren. Anschließend Newton, der die allgemeinen Bewegungsgesetze formuliertKörper, darunter das Trägheitsgesetz.
