In fisica, l’inerzia è la resistenza di un oggetto a un cambiamento nel suo movimento. Ciò potrebbe comportare un cambio di velocità o direzione, un tentativo di spostare un oggetto fermo o un tentativo di fermare un oggetto che è già in movimento. L’idea è legata alla prima legge del moto di Isaac Newton, che afferma che il movimento di un oggetto non cambierà a meno che una forza non agisca su di esso. L’inerzia dipende dalla massa, poiché più un oggetto è massiccio, più resiste a un cambiamento di movimento.
Se un oggetto è fermo, non si muoverà a meno che qualcosa non lo spinga o lo tiri. Allo stesso modo, un oggetto in movimento continuerà a muoversi alla stessa velocità, in linea retta e nella stessa direzione, a meno che una forza non lo influenzi. Sulla Terra, una palla lanciata orizzontalmente nell’aria, se lasciata a se stessa, rallenterà e si piegherà verso il suolo. Questo perché la forza di gravità lo attira verso la Terra e l’aria spinge contro di essa, riducendone la velocità. Nello spazio, senza gravità o resistenza dell’aria, la palla continuerebbe semplicemente a muoversi in linea retta a velocità costante.
Il fatto che sia più difficile spostare un oggetto pesante rispetto a uno leggero dimostra la relazione tra inerzia e massa. Sulla Terra, la gravità complica il problema, ma nello spazio le cose sono più chiare. Qui, un oggetto massiccio, come una palla di cannone, e un oggetto leggero, come una pallina da tennis, sono entrambi privi di peso, ma è comunque necessaria una forza molto maggiore per spostare una palla di cannone rispetto a una pallina da tennis. Allo stesso modo, ci vorrebbe più forza per fermare o cambiare la direzione di una palla di cannone in movimento. L’inerzia può quindi essere utilizzata per misurare la massa in modo indipendente dalla gravità.
Esempi di inerzia
Le persone incontrano l’inerzia ogni giorno. Ad esempio, qualcuno alla guida di un’auto sperimenterà una forza che la spingerà indietro contro il sedile quando l’auto sta accelerando; questo è dovuto alla resistenza del guidatore al movimento in avanti della vettura. Allo stesso modo, quando l’auto rallenta, il conducente viene spinto in avanti, rispetto all’auto, di nuovo, a causa della sua resistenza al cambiamento di movimento. Ecco perché le cinture di sicurezza sono una caratteristica di sicurezza essenziale nelle auto. Se il conducente dovesse frenare improvvisamente, gli occupanti continuerebbero ad avanzare alla velocità originale e, senza cinture di sicurezza che li trattengono, potrebbero ferirsi gravemente.
L’inerzia propria dell’auto è una considerazione importante per i conducenti. Spiega perché i veicoli in movimento hanno uno spazio di arresto che dipende dalla velocità e dalla massa del veicolo. La resistenza di un’auto a un cambio di moto spiega anche perché l’auto sbanderà senza controllo se il guidatore cerca di sterzare troppo velocemente: il veicolo tenderà a continuare a muoversi nella stessa direzione.
Inerzia rotazionale
Questo è un concetto simile, ma si applica agli oggetti che ruotano. Di nuovo, più massa ha un oggetto, più è difficile farlo girare e più difficile è fermarlo se lo sta già facendo. La quantità di resistenza a un cambiamento di movimento per un oggetto rotante è nota come momento d’inerzia, a cui di solito viene assegnato il simbolo I. Per un punto sulla superficie di un oggetto rotante, I è calcolato come la massa moltiplicata per il quadrato della distanza dall’asse di rotazione. I calcoli per oggetti interi sono più complicati.
Quando un oggetto si muove in linea retta, la sua quantità di moto è la sua massa moltiplicata per la sua velocità. Per un oggetto rotante, l’equivalente è il suo momento angolare, che è I moltiplicato per la sua velocità di rotazione. Il momento angolare si conserva sempre, cioè rimane lo stesso anche se cambia uno dei fattori contribuenti. La variazione di un fattore deve essere compensata da una variazione dell’altro in modo che il momento angolare rimanga costante.
Un buon esempio è l’enorme aumento della velocità di rotazione quando una stella collassa per gravità in una stella di neutroni. Le stelle normalmente ruotano lentamente, ma quando si forma una stella di neutroni, il suo diametro si riduce a una piccola frazione del suo valore originale. Ciò riduce notevolmente il momento d’inerzia sulla superficie della stella – poiché la distanza dall’asse di rotazione è ora molto più piccola – quindi la sua velocità di rotazione deve aumentare notevolmente per mantenere lo stesso momento angolare. Questo è il motivo per cui le stelle di neutroni di solito ruotano a molti giri al secondo.
L’origine dell’inerzia
Isaac Newton, nel formulare le sue leggi sul moto, assunse l’esistenza di uno spazio fisso e assoluto rispetto al quale si potesse misurare tutto il movimento. Nel 1893, il fisico Ernst Mach propose che lo spazio assoluto non avesse senso e che qualsiasi cambiamento nel movimento di un oggetto dovesse essere pensato come relativo alle stelle lontane. Con le teorie della relatività di Einstein, l’idea di spazio fisso è stata effettivamente respinta, ma implica che l’inerzia di un oggetto vicino sia in qualche modo influenzata da oggetti distanti molti anni luce. Inoltre, l’effetto sembra essere istantaneo. Sono state avanzate numerose teorie, alcune riguardanti idee esotiche come influenze che viaggiano indietro nel tempo, ma, a partire dal 2012, non sembra esserci alcuna spiegazione generalmente accettata per l’origine dell’inerzia.