Στη φυσική, η αδράνεια είναι η αντίσταση ενός αντικειμένου σε μια αλλαγή στην κίνησή του. Αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει μια αλλαγή ταχύτητας ή κατεύθυνσης, μια προσπάθεια να μετακινήσετε ένα ακίνητο αντικείμενο ή μια προσπάθεια να σταματήσετε ένα αντικείμενο που ήδη κινείται. Η ιδέα συνδέεται με τον πρώτο νόμο της κίνησης του Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος δηλώνει ότι η κίνηση ενός αντικειμένου δεν θα αλλάξει αν δεν ασκηθεί δύναμη πάνω του. Η αδράνεια εξαρτάται από τη μάζα, αφού όσο πιο μαζικό είναι ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερο αντιστέκεται σε μια αλλαγή στην κίνηση.
Εάν ένα αντικείμενο είναι ακίνητο, δεν θα κινηθεί εκτός εάν κάτι το πιέσει ή το τραβήξει. Ομοίως, ένα αντικείμενο που κινείται θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα, σε ευθεία γραμμή και προς την ίδια κατεύθυνση, εκτός αν το επηρεάσει κάποια δύναμη. Στη Γη, μια μπάλα που ρίχνεται οριζόντια στον αέρα, εάν αφεθεί μόνη της, θα επιβραδύνει και θα καμπυλωθεί προς το έδαφος. Αυτό συμβαίνει επειδή η δύναμη της βαρύτητας το τραβάει προς τη Γη και ο αέρας σπρώχνεται εναντίον του, μειώνοντας την ταχύτητά του. Στο διάστημα, χωρίς βαρύτητα ή αντίσταση αέρα, η μπάλα απλά θα συνέχιζε να κινείται σε ευθεία γραμμή με σταθερή ταχύτητα.
Το γεγονός ότι είναι πιο δύσκολο να μετακινήσετε ένα βαρύ αντικείμενο από ένα ελαφρύ καταδεικνύει τη σχέση μεταξύ αδράνειας και μάζας. Στη Γη, η βαρύτητα περιπλέκει το θέμα, αλλά στο διάστημα τα πράγματα είναι πιο ξεκάθαρα. Εδώ, ένα τεράστιο αντικείμενο – όπως μια μπάλα κανονιού – και ένα ελαφρύ αντικείμενο – όπως μια μπάλα του τένις – είναι και τα δύο χωρίς βάρος, αλλά εξακολουθεί να χρειάζεται πολύ μεγαλύτερη δύναμη για να μετακινήσετε μια μπάλα κανονιού από μια μπάλα του τένις. Ομοίως, θα χρειαζόταν περισσότερη δύναμη για να σταματήσει ή να αλλάξει την κατεύθυνση μιας κινούμενης μπάλας κανονιού. Επομένως, η αδράνεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της μάζας με τρόπο ανεξάρτητο από τη βαρύτητα.
Παραδείγματα Αδράνειας
Οι άνθρωποι αντιμετωπίζουν την αδράνεια σε καθημερινή βάση. Για παράδειγμα, κάποιος που οδηγεί αυτοκίνητο θα βιώσει μια δύναμη να τον σπρώχνει πίσω στο κάθισμα όταν το αυτοκίνητο ανεβάζει ταχύτητα. αυτό οφείλεται στην αντίσταση του οδηγού στην κίνηση του αυτοκινήτου προς τα εμπρός. Ομοίως, όταν το αυτοκίνητο επιβραδύνει, ο οδηγός σπρώχνεται προς τα εμπρός – σε σχέση με το αυτοκίνητο – ξανά, λόγω της αντίστασής του στην αλλαγή στην κίνηση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ζώνες ασφαλείας είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό ασφαλείας στα αυτοκίνητα. Εάν ο οδηγός χρειαστεί να σπάσει ξαφνικά, οι επιβάτες θα συνέχιζαν να κινούνται προς τα εμπρός με την αρχική ταχύτητα και χωρίς ζώνες ασφαλείας για να τους συγκρατούν, μπορεί να τραυματιστούν σοβαρά.
Η αδράνεια του αυτοκινήτου είναι σημαντική για τους οδηγούς. Εξηγεί γιατί τα κινούμενα οχήματα έχουν μια απόσταση ακινητοποίησης που εξαρτάται από την ταχύτητα και τη μάζα του οχήματος. Η αντίσταση ενός αυτοκινήτου σε μια αλλαγή στην κίνηση εξηγεί επίσης γιατί το αυτοκίνητο θα γλιστρήσει εκτός ελέγχου εάν ο οδηγός προσπαθήσει να στρίψει πολύ γρήγορα: το όχημα θα τείνει να συνεχίσει να κινείται προς την ίδια κατεύθυνση.
Περιστροφική αδράνεια
Αυτή είναι μια παρόμοια έννοια, αλλά ισχύει για αντικείμενα που περιστρέφονται. Και πάλι, όσο περισσότερη μάζα έχει ένα αντικείμενο, τόσο πιο δύσκολο είναι να το κάνετε να περιστρέφεται και τόσο πιο δύσκολο είναι να σταματήσετε να περιστρέφεται εάν το κάνει ήδη. Το ποσό της αντίστασης σε μια αλλαγή στην κίνηση ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου είναι γνωστό ως η ροπή αδράνειας του, στην οποία συνήθως δίνεται το σύμβολο I. Για ένα σημείο στην επιφάνεια ενός περιστρεφόμενου αντικειμένου, το I υπολογίζεται ως η μάζα πολλαπλασιαζόμενη με το τετράγωνο της απόστασης από τον άξονα περιστροφής. Οι υπολογισμοί για ολόκληρα αντικείμενα είναι πιο περίπλοκοι.
Όταν ένα αντικείμενο κινείται σε ευθεία γραμμή, η ορμή του είναι η μάζα του πολλαπλασιασμένη με την ταχύτητά του. Για ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο, το ισοδύναμο είναι η γωνιακή του ορμή, η οποία πολλαπλασιάζεται με την ταχύτητα περιστροφής του. Η γωνιακή ορμή διατηρείται πάντα, δηλαδή παραμένει ίδια ακόμα κι αν αλλάξει ένας από τους συνεισφέροντες παράγοντες. Μια αλλαγή σε έναν παράγοντα πρέπει να αντισταθμίζεται από μια αλλαγή στον άλλο, έτσι ώστε η γωνιακή ορμή να παραμένει σταθερή.
Ένα καλό παράδειγμα είναι η τεράστια αύξηση της ταχύτητας περιστροφής όταν ένα αστέρι καταρρέει υπό τη βαρύτητα σε αστέρι νετρονίων. Τα αστέρια συνήθως περιστρέφονται αργά, αλλά όταν σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων, η διάμετρός του συρρικνώνεται σε ένα μικροσκοπικό κλάσμα της αρχικής του τιμής. Αυτό μειώνει σημαντικά τη ροπή αδράνειας στην επιφάνεια του άστρου – δεδομένου ότι η απόσταση από τον άξονα περιστροφής είναι τώρα πολύ μικρότερη – επομένως η ταχύτητα περιστροφής του πρέπει να αυξηθεί πολύ για να διατηρήσει την ίδια γωνιακή ορμή. Αυτός είναι ο λόγος που τα αστέρια νετρονίων συνήθως περιστρέφονται με πολλές στροφές ανά δευτερόλεπτο.
Η προέλευση της αδράνειας
Ο Ισαάκ Νεύτων, διατυπώνοντας τους νόμους της κίνησης του, υπέθεσε την ύπαρξη ενός σταθερού, απόλυτου χώρου έναντι του οποίου θα μπορούσε να μετρηθεί όλη η κίνηση. Το 1893, ο φυσικός Ernst Mach πρότεινε ότι ο απόλυτος χώρος δεν είχε νόημα και ότι οποιαδήποτε αλλαγή στην κίνηση ενός αντικειμένου πρέπει να θεωρείται ως σχετική με τα μακρινά αστέρια. Με τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η ιδέα του σταθερού χώρου όντως απορρίφθηκε, αλλά υπονοεί ότι η αδράνεια ενός κοντινού αντικειμένου επηρεάζεται κατά κάποιο τρόπο από αντικείμενα πολλά έτη φωτός μακριά. Επιπλέον, το αποτέλεσμα φαίνεται να είναι στιγμιαίο. Διάφορες θεωρίες έχουν προταθεί – ορισμένες που περιλαμβάνουν εξωτικές ιδέες, όπως επιρροές που ταξιδεύουν προς τα πίσω στο χρόνο – αλλά, από το 2012, δεν φαίνεται να υπάρχει γενικά αποδεκτή εξήγηση για την προέλευση της αδράνειας.