L’inerzia è la proprietà fisica di un corpo di mantenere il suo stato di quiete o di movimento fino a quando non subisce una forza esterna. In assenza di fattori esterni, un corpo continuerà a muoversi alla stessa velocità e nella stessa direzione in cui sta andando oppure a rimanere dov’è se è fermo.
Questa proprietà intrinseca dipende dalla quantità di materia presente in un corpo, cioè la sua massa. Maggiore è la massa di un corpo, maggiore è la forza necessaria per modificare lo stato in cui si trova; ad esempio, è molto più facile sollevare una pietra che un masso di roccia.
Il termine inerzia fu usato per la prima volta da Galileo Galilei per definire la resistenza di un corpo a opporsi alle variazioni del suo stato di moto; il concetto venne ripreso da Isaac Newton che formulò il principio di inerzia:
“Ogni corpo rimane nel proprio stato di quiete o di moto rettilineo uniforme a meno che intervengano forze esterne a modificare la condizione.
Inerzia di quiete e inerzia di moto
A questo punto possiamo affermare che ogni corpo ha due tipo di inerzia in sé, a seconda della condizione in cui si trova:
- Resiste a qualsiasi variazione del suo stato di fermo, quando non è in movimento;
- Resiste a qualsiasi variazione del suo stato di moto, se si sta muovendo, inclusa la sua velocità.
Ci sono diversi tipi di esperimenti che si possono provare per dimostrare il principio di inerzia:
- Se si ha una tavola apparecchiata e si tira con sufficiente velocità la tovaglia, le posate che ci sono sopra rimangono esattamente dove sono.
- Se si pongono due piani inclinati uno davanti l’altro con la stessa pendenza e si fa cadere una pallina da uno dei due, questa raggiungerà l’altro piano e si troverà nella stessa altezza del punto del primo; se il secondo piano ha una pendenza minore, la palla percorrerà una distanza maggiore per raggiungere la stessa altezza. Idealmente in un piano orizzontale senza forze di attrito, la palla mantiene il suo stato di moto, rotolando all’infinito.
- Se siamo in auto e freniamo bruscamente il nostro corpo continuerà ad andare nella stessa direzione e alla stessa velocità dell’auto facendoci sbattere a meno che non abbiamo indossato la cintura di sicurezza che vincerà la nostra inerzia di movimento.
Formule e momento d’inerzia
In caso di moto rettilineo uniforme, è possibile calcolare la forze necessaria per modificare lo stato di moto di un corpo moltiplicando la massa per l’accelerazione desiderata. Ad esempio, se vogliamo spostare un corpo di massa 1kg di 2m/s2, dobbiamo esercitare una forza uguale o maggiore a 2N.
F = m × a = 1 kg × 2 m/s2 = 2 N
Quando cerchiamo di ruotare un corpo rispetto a un qualsiasi asse, che sia il suo asse di rotazione oppure un asse esterno, la resistenza di quel corpo a ruotare o a smettere la sua rotazione viene chiamato momento d’inerzia. In questo caso, per calcolare la forza necessaria a variare il suo stato di moto dobbiamo tenere conto di come la massa viene distribuita rispetto all’asse di rotazione.
Nel caso di un semplice punto, possiamo calcolare il momenti di inerzia semplicemente moltiplicando la massa per il quadrato della distanza tra il punto e l’asse di rotazione. Nel caso invece di un corpo esteso, il calcolo è più complesso e dipende dalla forma e dalla distribuzione della sua massa. In questi casi è opportuno dividere la massa in porzioni più piccole e sommare i rispettivi momenti.