قانون اول نیوتن که "قانون اینرسی" نیز نامیده می شود، بیان می کند که یک جسم در حال سکون در حالت سکون باقی می ماند و جسمی که در حال حرکت است مستقیماً و با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می دهد، اگر و تنها در صورتی که نیروی خالصی به آن وارد نشود.اینرسی، ویژگی جسمی که به موجب آن با هر عاملی که بخواهد آن را به حرکت درآورد یا اگر در حال حرکت است، مقدار یا جهت سرعتش را تغییر دهد، مخالفت می کند. اینرسی یک ویژگی غیرفعال است و جسم را قادر به انجام هیچ کاری نمی کند مگر اینکه با عوامل فعالی مانند نیروها و گشتاورها مقابله کند.اساساً سه نوع اینرسی وجود دارد:
الف) اینرسی استراحت: ناتوانی جسم در تغییر حالت سکون خود به خود به عنوان اینرسی سکون شناخته می شود.
مثال (i) شخصی که در ماشین نشسته است، هنگامی که ماشین به طور ناگهانی روشن می شود، به عقب می افتد. به این دلیل است که قسمت پایینی در تماس با خودرو به حرکت در می آید، جایی که قسمت بالایی سعی می کند به دلیل اینرسی استراحت در حالت استراحت بماند.
ب) اینرسی حرکت: ناتوانی جسم در تغییر حالت حرکت یکنواخت خود به نام اینرسی حرکت شناخته می شود.
مثال
(i) هنگامی که یک اتومبیل در حال حرکت ناگهان متوقف می شود شخصی که در اتومبیل نشسته است به جلو می افتد زیرا قسمت پایینی بدن در تماس با اتومبیل استراحت می کند در حالی که قسمت بالایی به دلیل اینرسی حرکت تمایل دارد در حرکت بماند.
(ii) یک ورزشکار قبل از انجام یک پرش طول مسافت معینی را می دود زیرا سرعت حاصل از دویدن به زمان پرش اضافه می شود تا بتواند مسافت طولانی را طی کند.
ج) اینرسی جهت: ناتوانی جسم در تغییر جهت حرکت خود به خودی خود.
مثال
(i) هنگامی که یک ماشین به دور یک منحنی حرکت می کند، شخصی که داخل آن نشسته است به دلیل اینرسی حرکت به سمت بیرون پرتاب می شود تا جهت حرکت خود را حفظ کند.
جرم یکی از انواع اینرسی است.
اینرسی یک اصطلاح کلی برای مقاومت یک جسم در برابر شتاب (یا در برابر تغییر در سرعت آن) است.
در موارد خطی انتقالی، اینرسی جرم m نامیده می شود. واحد [کیلوگرم] است. هر چه جرم بزرگتر باشد، فشار دادن چیزی برای حرکت یا کاهش سرعت آن سخت تر است.
در موارد دورانی، اینرسی را ممان اینرسی $I=\sum mr^2$می نامند. واحد $\mathrm{[kg\cdot m^2]}$ است. هرچه I بزرگتر باشد، چرخاندن چرخ به سمت بالا برای چرخش سریع یا کاهش سرعت چرخش سخت تر است.
تعریف اینرسی در هر دو مورد از قانون دوم نیوتن (و نسخه چرخشی معادل آن) ناشی می شود:
$\sum \vec F=m\vec a$
$\sum \vec \tau=I\vec \alpha$
اولی از طریق شکل ضعیف اصل دالامبر عملی است. این مفهوم از جایی به وجود می‌آید که ما به یک سیستم از یک چارچوب مرجع شتابدار نگاه می‌کنیم و آن را به‌عنوان یک چارچوب غیرشتابی در نظر می‌گیریم: برای نگه داشتن چیزهایی که سیستم را «با هم» و «هنوز» نسبت به چارچوب شتابدار نگاه می‌کنیم، تصور می‌کنیم که یکی از اجزای سیستم نیروی اینرسی (به معنایی که دقیقاً توسط نیوتن در نقل قول شما توضیح داده شده است) بر سیستم اعمال می کند که سعی می کند آن را از چارچوب مرجعی که گفتمان ما در آن جریان دارد، «دور کند». این «نیرو» از «تنبلی» هر مؤلفه ناشی میشود، یعنی مقاومت در برابر هرگونه تغییر حالت حرکتی آنها از یک قاب بدون شتاب (بیایید فعلاً اصطلاح «قاب اینرسی» را برای این مفهوم اخیر کنار بگذاریم). باید چیزی وجود داشته باشد که هر یک از اجزای سیستم را به قاب تسریع شده متصل کند تا در برابر "نیروی اینرسی" که هر یک از اجزا در "تلاش برای جدا کردن" از قاب اعمال می کند و حالت حرکت یکنواختی را از سر می گیرد مقاومت کند. بنابراین، در طراحی یک پمپ گریز از مرکز به این روش، تصور می کنیم که پروانه ثابت نشسته است، اما هر یک از تیغه ها نیروی گریز از مرکز خود را بر روی توپی پروانه اعمال می کنند و بنابراین می بینیم که هاب و تیغه ها در حالت کشش برای مقاومت در برابر آن هستند. نیروی گریز از مرکز و بر این اساس باید به گونه ای طراحی شوند که به اندازه کافی قوی باشند تا این مقاومت را ایجاد کنند. از یک قاب بدون شتاب، ما به سادگی می‌بینیم که تیغه‌ها مسیرهای دایره‌ای ایجاد می‌کنند، و بنابراین نتیجه می‌گیریم که آنها در حال شتاب هستند، بنابراین، با نیوتن II، می‌دانیم که توپی باید پره‌ها را به صورت شعاعی بکشد، یعنی نیروی مرکز مورد نیاز را تامین کند. برای تنظیم این حرکت شتابدار گاهی اوقات تصور می شود که اصل دالامبر صرفاً به ترتیب مجدد قانون دوم نیوتن است و بنابراین از قانون دوم قابل استخراج است، بنابراین از یک تانسور اینرسی ثابت I بهره می‌بریم و با نیروهای اینرسی $\omega\times(I\,\omega)$ در معادلات اویلر$M = I\, {\rm d}_t \omega + \omega\times(I\,\omega)$زندگی می‌کنیم.
نیروی اینرسی همانطور که از نامش پیداست نیروی ناشی از تکانه سیال است. این معمولاً در معادله تکانه با عبارت ρ(du/dt) یا (ρv)v بیان می شود. بنابراین، هرچه سیال و سیال چگال تر باشد و سرعت آن بیشتر باشد، تکانه (اینرسی) بیشتری دارد.
اکنون نیروهای ویسکوز نیروهای ناشی از اصطکاک بین لایه های هر سیال واقعی هستند. در مکانیک سیالات، ما سیال را در شرایط پیوسته می گیریم، به این معنی که ذرات سیال بسیار نزدیک بسته شده اند، بنابراین لزوماً بین لایه های سیال اصطکاک وجود دارد.عدد رینولدز به عنوان نسبت نیروهای "اینرسی" به نیروهای ویسکوز تعریف می شود.
Re=نیروهای اینرسی نیروهای چسبناک
حالا نیروهای چسبناک برای من معنا پیدا می کنند. آنها نیروهای برشی اصطکاکی هستند که به دلیل حرکت نسبی لایه‌های مختلف در یک سیال جاری ایجاد میشوند و در نتیجه مقدار اصطکاک متفاوتی ایجاد می‌کنند، بنابراین مقادیر ویسکوزیته متفاوتی دارند.نیروی اینرسی همانطور که از نامش پیداست نیروی ناشی از تکانه سیال است. این معمولاً در معادله تکانه با عبارت (ρv)v بیان می شود. بنابراین، هر چه یک سیال چگال تر باشد و هر چه سرعت آن بیشتر باشد، تکانه (اینرسی) بیشتری دارد. همانطور که در مکانیک کلاسیک، نیرویی که می تواند این نیروی اینرسی را خنثی یا متعادل کند، نیروی اصطکاک (تنش برشی) است. در مورد جریان سیال، این با قانون نیوتن، $\tau_x = \mu \frac{dv}{dy}$ نشان داده می شود. این فقط به ویسکوزیته و گرادیان سرعت بستگی دارد. سپس، $Re = \frac{\rho v L}{\mu}$، معیاری است که برای یک شرایط جریان خاص، نیروی غالب است.
نیروهای اینرسی همان چیزی است که باعث ایجاد فشار دینامیکی می شود. روش دیگر برای بررسی عدد رینولدز با نسبت فشار دینامیکی $\rho u^2$ و تنش برشی$μ v/ L$ است و میتوان آن را به صورت بیان کرد.
$Re =\frac{\rho u^2} {μ v/ L} = \frac{ u L} {\nu}$
در مکانیک سیالات ما اغلب در مورد عدد رینولدز اصطلاح نیروی اینرسی را می بینیم. اساساً، مفهوم اینرسی من همان چیزی است که توسط قوانین نیوتن ارائه شده است که در آن ما اینرسی را به عنوان مقاومت یک جسم برای تغییر حالت حرکتش در نظر می گیریم.
به نظر می رسد این نیروی اینرسی در مکانیک سیالات به سمت چپ معادله ناویر-استوکس مرتبط است:
$\rho \left(\dfrac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u}\cdot \nabla )\mathbf{u}\right) = -\nabla p+(\lambda + \mu)\nabla(\nabla\cdot\mathbf{u}) + \mu \nabla^2\mathbf{u}$بنابراین اگر در یک قاب هستید که با یک سیال حرکت می کند، انتظار دارید که اگر قاب/سیال خود در حال شتاب باشد، نیروهای اینرسی وجود داشته باشد.
اصل اینرسی در نتیجه قانون دوم ترمودینامیک یافت می شود. یک ذره در حرکت اینرسی حالتی با حداکثر آنتروپی است. به عنوان یک قانون آماری، احتمال نقض قانون دوم صفر نیست.توجه کنید در ترمودینامیک، گرمای ویژه یک جسم یا ماده تعیین می کند که چقدر انرژی گرمایی لازم است تا دمای بدن یک درجه افزایش یابد. هر چه گرمای ویژه بزرگتر باشد، انرژی گرمایی بیشتری برای پمپاژ شدن برای افزایش یک واحد دما لازم است. در اینجا، Cp، یعنی گرمای ویژه، آنالوگ جرم در یک سیستم مکانیکی است.
آنتروپی معیاری است برای ناآگاهی ما از یک سیستم ترمودینامیکی، یا در شکل ریاضی دقیق آن (فرمول آنتروپی بولتزمن)، $S=k\log \Omega$ که در آن$ Ω $تعداد ریز حالت‌های سیستم مربوط به مشخصات ماکروحالت معین سیستم است. اگر سیستم بسته باشد، قانون دوم ترمودینامیک می گوید که آنتروپی به طور متوسط به حداکثر تمایل دارد.
سیستم کلاسیک یک تکه جرم که در فضای آزاد در دمای صفر می چرخد (که معمولاً در مسائل مکانیک استاندارد فرض می شود) آنتروپی یکسان صفر دارد، S=0 - سیستم کاملاً مشخص است. علاوه بر این، مطابق با قانون دوم ترمودینامیک، در S=0 باقی خواهد ماند.در حالی که آنتروپی و اینرسی شباهت زیادی با یکدیگر ندارند، هر دو در واقع چیزهای واقعی هستند، و در حالی که "نیروهای واقعی" نیستند (به دلیل این واقعیت که آنها اصلاً نیرو نیستند)، آنها خاصیت هستند. از... خوب، آنتروپی یک ویژگی یک سیستم است، در حالی که اینرسی ویژگی اشیاء است
تعریف اینرسی حرارتی
درجه کندی نزدیک شدن دمای جسم به دمای محیط اطرافش و بستگی به جذب، گرمای ویژه، هدایت حرارتی، ابعاد و عوامل دیگر دارد.به عنوان مثال یک تکه پارچه را به همراه یک میله فولادی در فریزر قرار دهید.
همزمان آنها را بیرون بیاورید و در دمای اتاق روی پیشخوان قرار دهید.
پارچه با لمس سریع گرم می شود اما میله فولادی برای مدتی سرد می ماند. این به این دلیل است که اینرسی حرارتی بسیار بیشتری دارد. در این حالت جرم حرارتی بیشتری نیز دارد
حتی اگر پارچه پیچ و مهره ای با جرم مساوی باشد، باز هم خیلی سریعتر گرم می شود. این به این دلیل است که فولاد ظرفیت حرارتی بالاتری دارد.
توانایی تغییر دما به سرعت اینرسی حرارتی است که به ثابت زمانی حرارتی، ظرفیت حرارتی و جرم حرارتی مربوط می شود.اینرسی حرارتی یک ماده مشخص کننده سرعتی است که دمای سطح آن ماده زمانی که در معرض گرما قرار می گیرد افزایش می یابد. ... مصالحی مانند آجر و عایق اینرسی حرارتی پایینی دارند; فلزات ارزش بالایی دارند. چوب می تواند گرمای زیادی را ذخیره کند اما آن را به آرامی به درون خود منتقل می کند.نرخ اتلاف انرژی گرمایی، یعنی شار حرارتی یک جسم با قانون خنک‌سازی نیوتن توصیف میشود:$\frac{\text{d}Q}{\text{d}t}=-hA[T(t)-T_{\infty}]$dQ/dt شار حرارتی است
T(t) دمای جسم در زمان t و $T_{\infty}$ دمای محیط اطراف است
h ضریب انتقال حرارت و A سطح در معرض محیط اطراف است.
توجه داشته باشید که این قانون بر تجزیه و تحلیل حرارتی یکپارچه تکیه دارد، به این معنی که دمای جسم T(t) در فضا یکنواخت است، بدون گرادیان دمای مکانی
به نظر من اینرسی تمایل یک جسم به مقاومت در برابر تغییر در حالت حرکت خود است. می توان آن را تجلی جرم یا پیامد نیروی اعمالی در نظر گرفت. بنابراین اینرسی یک خاصیت جرم است. به عنوان مثال در معادله F=ma، m جرم اینرسی است. توجه کنید که چگونه، اگر F ثابت نگه داشته شود، افزایش جرم اینرسی باعث کاهش شتاب ناشی از نیرو می شود.
از طرف دیگر آنتروپی یک کمیت قابل اندازه گیری است. درجه بی نظمی در یک سیستم است. می توان آن را از نظر ریاضی تعریف کرد زیرا می توان آن را با مشاهده مقدار انرژی سفارشی که در یک سیستم جدا شده اندازه گیری کرد. یکی از ویژگی های آنتروپی این است که همیشه با افزایش به سمت تعادل ترمودینامیکی در یک سیستم ایزوله حرکت می کند.
اکنون اینجاست که ما می توانیم تمایز قائل شویم. درست مانند اینرسی یک خاصیت جرمی است، تمایل به نزدیک شدن به تعادل ترمودینامیکی نیز خاصیت آنتروپی است. مقایسه این دو مشکل می شود زیرا یکی یک ویژگی است در حالی که دیگری کمیت اندازه گیری شده است. ابتدا باید درک کرد که این مقادیر «نیروهای محرک» نیستند. اینرسی خاصیتی است که رفتار اجسام عظیم را هدایت می کند. از طرف دیگر آنتروپی چیزی را هدایت نمی کند. این تمایل آنتروپی به افزایش است که سیستم ها را به حرکت در می آورد..I hope I help you understand the question. Roham Hesami
رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
