ความเฉื่อย อันตรกิริยา และมวล

เมื่อผลักแล้วปล่อยมือ รถเข็นยังเคลื่อนที่ต่อ แต่ทำไมรถเข็นที่บรรทุกของจึงเร่งให้เร็วขึ้นได้ยากกว่า? ลองแยกเป็นสองคำถาม: อะไรทำให้ความเร็วเดิมคงอยู่ และอะไรเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงความเร็ว?

แรงผลักหยุดไปแล้ว แต่รถเข็นยังเคลื่อนที่ แสดงว่าการเคลื่อนที่ไม่จำเป็นต้องมีมือผลักอยู่ตลอด หากไม่มีการกระทำจากวัตถุอื่น หรือการกระทำเหล่านั้นหักล้างกัน วัตถุจะอยู่นิ่งหรือคงความเร็วเดิมทั้งขนาดและทิศทาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความเฉื่อย ในการทดลองทั่วไปของเรา การอธิบายเทียบกับโลกแม่นยำเพียงพอสำหรับระดับนี้ ภายหลังเราจะดูว่าเหตุใดผู้สังเกตที่กำลังเร่งอย่างมากจึงต้องมีคำอธิบายเพิ่มเติม

แต่รถเข็นจริงหยุดในที่สุด หรือว่าการเคลื่อนที่ถูกใช้จนหมด? ลองเปลี่ยนพื้นหยาบเป็นพื้นเรียบและปรับล้อให้หมุนคล่อง รถเข็นจะเคลื่อนที่ได้นานขึ้น เพราะแรงเสียดทานและแรงต้านอากาศมีผลน้อยลง ลองนึกว่าตัดแรงเหล่านี้ออกทั้งหมด ก็จะไม่มีสาเหตุให้รถเข็นช้าลง และความเร็วจะคงเดิม ความเฉื่อยไม่ใช่สิ่งที่สะสมไว้หรือแรงอีกแรงหนึ่งที่ผลักย้อนกลับ แต่เป็นชื่อของการคงความเร็วเมื่อการกระทำหักล้างกัน

อัดสปริงไว้ระหว่างรถเข็นสองคันแล้วปล่อย ทั้งสองคันจะเริ่มเคลื่อนที่ จึงอธิบายเหตุการณ์นี้ด้วยการเปลี่ยนแปลงของรถเข็นเพียงคันเดียวไม่ได้ ในอันตรกิริยา วัตถุแต่ละชิ้นกระทำต่ออีกชิ้นหนึ่ง ทำให้ความเร็วหรือรูปร่างเปลี่ยนได้ การตอบสนองที่ต่างกันไม่ได้แปลว่าได้รับการกระทำนานต่างกันเสมอไป แม้ในช่วงเวลาเดียวกัน รถเข็นคันหนึ่งอาจเปลี่ยนความเร็วมากกว่าอีกคัน เราจึงต้องพิจารณาสมบัติของวัตถุด้วย

ลองผลักรถเข็นเปล่าและรถเข็นบรรทุกของด้วยแรงเท่ากันเป็นเวลาเท่ากัน เมื่อได้รับการกระทำรวมเหมือนกัน คันที่บรรทุกของจะเปลี่ยนความเร็วน้อยกว่า สมบัติที่ต้านการเปลี่ยนแปลงความเร็วเรียกว่าความเฉื่อย และมวล m เป็นตัววัดสมบัตินี้ หน่วยเอสไอคือกิโลกรัม kg มวลมีความสำคัญทั้งขณะเร็วขึ้นและขณะช้าลง รถเข็นที่มีมวลมากกว่าจึงทั้งทำให้เริ่มเคลื่อนที่ได้ยากกว่า และเปลี่ยนความเร็วที่มีอยู่แล้วได้ยากกว่า

กล่องเปล่าขนาดใหญ่อาจขยับได้ง่ายกว่าชิ้นส่วนโลหะขนาดเล็ก ขนาดจึงใช้แทนการวัดมวลไม่ได้ หากจะเปรียบเทียบความเฉื่อยจากการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ต้องให้การกระทำและระยะเวลาเท่ากัน พร้อมลดผลรบกวน เช่น แรงเสียดทานที่ต่างกัน ถ้าผลักรถเข็นคันหนึ่งนานกว่า การดูความเร็วสุดท้ายอย่างเดียวจะเปรียบเทียบได้ไม่น่าเชื่อถือ มวลไม่ใช่ชื่อเรียกปริมาณทุกชนิด เพราะปริมาณสารเป็นอีกปริมาณทางฟิสิกส์หนึ่ง มีหน่วยเป็นโมล

แรงคงตัวที่เท่ากันกระทำเป็นเวลาเท่ากัน รถเข็นคันแรกมีความเร็วเปลี่ยนไป 1 เมตรต่อวินาที ส่วนคันที่สองเปลี่ยนไป 3 เมตรต่อวินาที คันใดมีมวลมากกว่า?

เงื่อนไขของการกระทำเหมือนกัน จึงเปรียบเทียบการตอบสนองของวัตถุได้

การเปลี่ยนแปลงความเร็วที่น้อยกว่าหมายถึงความเฉื่อยมากกว่า ซึ่งรถเข็นคันแรกเปลี่ยนความเร็วน้อยกว่า

รถเข็นคันแรกมีมวลมากกว่า เพราะเมื่อได้รับการกระทำเหมือนกันเป็นเวลาเท่ากัน ความเร็วของมันเปลี่ยนน้อยกว่า

หากไม่มีการกระทำที่ไม่สมดุล ความเร็วจะคงตัว การหยุดต้องมีสาเหตุทางฟิสิกส์

มวลบอกความเฉื่อย: การกระทำเหมือนกันเป็นเวลาเท่ากันทำให้วัตถุที่มีมวลมากกว่าเปลี่ยนความเร็วน้อยกว่า

เมื่อเปรียบเทียบวัตถุ ต้องควบคุมการกระทำ เวลา และผลรบกวน จะตัดสินมวลจากขนาดอย่างเดียวไม่ได้

เราเชื่อมโยงมวลกับปริมาตรได้ บทเรียนต่อไปจะแสดงว่าความหนาแน่นช่วยเปรียบเทียบวัสดุได้อย่างไร