I fysiken är tröghet ett objekts motstånd mot en förändring i dess rörelse. Detta kan innebära en förändring av hastighet eller riktning, ett försök att flytta ett stillastående föremål eller ett försök att stoppa ett föremål som redan rör sig. Idén är kopplad till Isaac Newtons första rörelselag, som säger att ett föremåls rörelse inte kommer att förändras om inte en kraft verkar på det. Tröghet beror på massa, eftersom ju mer massivt ett föremål är, desto mer motstår det en förändring i rörelse.
Om ett föremål är stillastående kommer det inte att röra sig om inte något trycker mot det eller drar i det. På liknande sätt kommer ett föremål som rör sig att fortsätta att röra sig med samma hastighet, i en rät linje och i samma riktning, om inte en kraft påverkar det. På jorden kommer en boll som kastas horisontellt genom luften, om den lämnas åt sig själv, sakta ner och böja sig mot marken. Detta beror på att tyngdkraften drar den mot jorden och luften trycker mot den, vilket minskar dess hastighet. I rymden, utan gravitation eller luftmotstånd, skulle bollen helt enkelt fortsätta att röra sig i en rak linje med konstant hastighet.
Det faktum att det är svårare att flytta ett tungt föremål än ett lätt visar sambandet mellan tröghet och massa. På jorden komplicerar gravitationen problemet, men i rymden är saker och ting tydligare. Här är ett massivt föremål – som en kanonkula – och ett lätt föremål – som en tennisboll – båda viktlösa, men det krävs fortfarande mycket större kraft för att flytta en kanonkula än en tennisboll. På samma sätt skulle det krävas mer kraft för att stoppa, eller ändra riktningen på, en rörlig kanonkula. Tröghet kan därför användas för att mäta massa på ett sätt som är oberoende av gravitationen.
Exempel på tröghet
Människor möter tröghet på en daglig basis. Till exempel kommer någon som kör en bil att uppleva en kraft som trycker henne tillbaka mot sätet när bilen rusar upp; detta beror på förarens motstånd mot bilens rörelse framåt. På samma sätt, när bilen saktar ner skjuts föraren framåt – i förhållande till bilen – igen på grund av hennes motstånd mot förändringen i rörelsen. Det är därför säkerhetsbälten är en viktig säkerhetsfunktion i bilar. Om föraren måste bryta plötsligt skulle de åkande fortsätta att röra sig framåt i den ursprungliga hastigheten, och utan säkerhetsbälten för att hålla fast dem kan de skadas allvarligt.
Bilens egen tröghet är en viktig faktor för förarna. Den förklarar varför fordon i rörelse har en stoppsträcka som är beroende av hastigheten och fordonets massa. En bils motstånd mot en rörelseförändring förklarar också varför bilen kommer att sladda utom kontroll om föraren försöker svänga för snabbt: fordonet tenderar att fortsätta röra sig i samma riktning.
Roterande tröghet
Detta är ett liknande koncept, men gäller föremål som snurrar. Återigen, ju mer massa ett föremål har, desto svårare är det att få det att snurra och desto svårare är det att stoppa det att rotera om det redan gör det. Mängden motstånd mot en rörelseförändring för ett snurrande föremål är känt som dess tröghetsmoment, vilket vanligtvis ges symbolen I. För en punkt på ytan av ett roterande föremål beräknas I som massan multiplicerad med kvadraten av avståndet från rotationsaxeln. Beräkningar för hela objekt är mer komplicerade.
När ett föremål rör sig i en rät linje är dess rörelsemängd dess massa multiplicerat med dess hastighet. För ett snurrande föremål är ekvivalenten dess rörelsemängd, vilket är I multiplicerat med dess rotationshastighet. Vinkelmomentet är alltid bevarat, det vill säga det förblir detsamma även om en av de bidragande faktorerna ändras. En förändring av en faktor måste kompenseras genom en förändring till den andra så att rörelsemängden förblir konstant.
Ett bra exempel är den enorma ökningen av rotationshastigheten när en stjärna kollapsar under gravitationen till en neutronstjärna. Stjärnor roterar normalt långsamt, men när en neutronstjärna bildas, krymper dess diameter till en liten bråkdel av dess ursprungliga värde. Detta minskar avsevärt tröghetsmomentet vid stjärnans yta – eftersom avståndet till rotationsaxeln nu är mycket mindre – så dess rotationshastighet måste öka kraftigt för att bibehålla samma vinkelmoment. Det är därför neutronstjärnor vanligtvis snurrar i många varv per sekund.
Tröghetens ursprung
Isaac Newton, när han formulerade sina rörelselagar, antog existensen av ett fixerat, absolut rum mot vilket all rörelse kunde mätas. 1893 föreslog fysikern Ernst Mach att den absoluta rymden inte var meningsfull och att varje förändring i ett objekts rörelse skulle ses som en relation till de avlägsna stjärnorna. Med Einsteins relativitetsteorier förkastades verkligen idén om det fasta rummet, men det antyder att trögheten hos ett närliggande föremål på något sätt påverkas av föremål många ljusår bort. Dessutom verkar effekten vara omedelbar. Ett antal teorier har lagts fram – några involverar exotiska idéer som influenser som reser bakåt i tiden – men från och med 2012 verkar det inte finnas någon allmänt accepterad förklaring för tröghetens ursprung.