Впервые определение понятию «инерция» дал Галилео Галилей, если перевести с итальянского на русский, то произнёс он примерно следующее: «если бы были устранены все помехи уже возникшему движению, то тело продолжало бы двигаться прямолинейно и равномерно сколь угодно долго, чисто по инерции». Галилей отталкивался от своих опытов с металлическим шариком, который скатываясь с наклонного жёлоба, продолжал движение на горизонтальной поверхности. В такой постановке силы сопротивления мешают движению по инерции. А можно ли перевернуть ситуацию? Чтобы лишь благодаря силе сопротивления возникала возможность движения по инерции? Да! И происходит это сплошь и рядом — во время падения малых тел в воздухе, например, когда капает вода с некоторой высоты. За счёт того, что сила сопротивления воздуха быстро растёт вместе с ускорением движения, то скоро наступает момент, когда сила сопротивления движению и сила вызывающая движение (сила тяжести) уравновешиваются. И перед нами та самая ситуация, когда в целом на каплю воды ничего не действует и она совершает свое движение чисто по инерции.
ЗАДАЧА
Возьмём каплю воды массой 0.05 грамм, пусть высота с которой она капает 100 метров, к примеру, с карниза небоскрёба, в момент отрыва скорость капли равна нулю и нам надо показать, что при подлёте к земле она уже движется равномерно и прямолинейно.
Сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости и площади проекции капли на плоскость перпендикулярную движению, коэффициент пропорциональности k = 0.24 Н с2/м4 (коэффициент сопротивления воздуха), ускорение свободного падения g = 9.8 м/с2.
Python-программа:
В программе после символа # можно писать пояснение для себя (комментарий), которое Python будет игнорировать и выделять другим цветом, ключевые слова Python также выделяет другим цветом:
Выдача на экран:
Вывод: Когда на высоте 17 метров капля достигает скорости 11 м/с, а разница между силой тяжести и силой сопротивления воздуха становится в миллион раз меньше веса капли, тогда движение продолжается практически по инерции. Этот пример, на наш взгляд, самым лучшим образом иллюстрирует закон Галилея-Ньютона: тело, на которое не действуют никакие силы, движется равномерно и прямолинейно.
Чтобы было нагляднее нарисуем графики: зависимость высоты и скорости от времени, для этого в программу нужно добавить несколько строчек:
График (зелёная линия и левая ось — это высота в метрах, красная линия и правая ось — скорость в м/с, ось абсцисс — время в секундах):
Визуально представляется, что равномерное движение началось ещё раньше — на третьей секунде, на высоте 75 метров. Вернёмся к первому варианту программы и сделаем распечатку на третьей секунде:
Выдача на экран:
На третьей секунде, на высоте 74.4 метра разница между силой тяжести и силой сопротивления — два процента, а скорость капли 11 м/с.