Fysiikassa inertia on kohteen vastustus sen liikkeen muutokselle. Tämä voi sisältää nopeuden tai suunnan muuttamisen, yrityksen liikuttaa paikallaan olevaa kohdetta tai yrityksen pysäyttää jo liikkuvan kohteen. Idea liittyy Isaac Newtonin ensimmäiseen liikelakiin, jonka mukaan esineen liike ei muutu, ellei voima vaikuta siihen. Inertia riippuu massasta, koska mitä massiivisempi esine on, sitä enemmän se vastustaa liikkeen muutosta.
Jos esine on paikallaan, se ei liiku, ellei jokin paina sitä tai vedä sitä. Samoin liikkuva kohde jatkaa liikkumista samalla nopeudella, suorassa linjassa ja samaan suuntaan, ellei voima vaikuta siihen. Maalla vaakasuoraan ilmaan heitetty pallo, jos se jätetään itselleen, hidastaa ja kaartaa kohti maata. Tämä johtuu siitä, että painovoima vetää sen kohti Maata ja ilma työntää sitä vasten, mikä vähentää sen nopeutta. Avaruudessa, ilman painovoimaa tai ilmanvastusta, pallo yksinkertaisesti jatkaisi liikkumistaan suorassa linjassa tasaisella nopeudella.
Se, että raskaita esineitä on vaikeampi siirtää kuin kevyitä, osoittaa inertian ja massan välisen suhteen. Maapallolla painovoima vaikeuttaa asiaa, mutta avaruudessa asiat ovat selkeämpiä. Täällä massiivinen esine – kuten tykkipallo – ja kevyt esine – kuten tennispallo – ovat molemmat painottomia, mutta tykkipallon siirtäminen vaatii silti paljon suurempaa voimaa kuin tennispallo. Samoin liikkuvan tykkipallon pysäyttäminen tai suunnan muuttaminen vaatisi enemmän voimaa. Inertiaa voidaan siis käyttää massan mittaamiseen painovoimasta riippumattomalla tavalla.
Esimerkkejä inertiasta
Ihmiset kohtaavat inertian päivittäin. Esimerkiksi henkilö, joka ajaa autoa, kokee voiman, joka työntää hänet takaisin istuinta vasten, kun auto kiihdyttää vauhtia. tämä johtuu kuljettajan vastustuksesta auton eteenpäin suuntautuvaan liikkeeseen. Samoin kun auto hidastaa vauhtia, kuljettajaa työnnetään jälleen eteenpäin – suhteessa autoon -, koska hän vastustaa liikkeen muutosta. Siksi turvavyöt ovat olennainen turvaominaisuus autoissa. Jos kuljettaja joutuu murtumaan yhtäkkiä, matkustajat jatkavat eteenpäin alkuperäisellä nopeudellaan, ja ilman turvavyötä, joka rajoittaa heitä, he voivat loukkaantua vakavasti.
Auton oma hitaus on kuljettajille tärkeä näkökohta. Se selittää, miksi liikkuvilla ajoneuvoilla on pysäytysmatka, joka riippuu ajoneuvon nopeudesta ja massasta. Auton vastustuskyky liikkeen muutokselle selittää myös sen, miksi auto luiskahtaa hallitsemattomaksi, jos kuljettaja yrittää kääntyä liian nopeasti: ajoneuvolla on taipumus jatkaa liikkumista samaan suuntaan.
Pyörivä inertia
Tämä on samanlainen käsite, mutta koskee pyöriviä esineitä. Mitä enemmän massaa esineellä on, sitä vaikeampaa on saada se pyörimään ja sitä vaikeampaa on estää sen pyöriminen, jos se jo tekee niin. Pyörivän kohteen vastustuskyky liikkeen muutokselle tunnetaan sen hitausmomenttina, jolle annetaan yleensä symboli I. Pyörivän esineen pinnan pisteelle I lasketaan massa kerrottuna neliöllä etäisyydestä pyörimisakselista. Kokonaisten objektien laskeminen on monimutkaisempaa.
Kun kohde liikkuu suorassa linjassa, sen vauhti on sen massa kerrottuna sen nopeudella. Pyörivälle esineelle vastaava on sen kulmamomentti, joka on kerrottuna sen pyörimisnopeudella. Kulmamomentti säilyy aina, eli se pysyy samana, vaikka jokin vaikuttavista tekijöistä muuttuisi. Muutos yhteen tekijään on kompensoitava muutoksella toiseen niin, että kulmamomentti pysyy vakiona.
Hyvä esimerkki on pyörimisnopeuden valtava kasvu, kun tähti romahtaa painovoiman vaikutuksesta neutronitähdeksi. Tähdet pyörivät normaalisti hitaasti, mutta kun neutronitähti muodostuu, sen halkaisija kutistuu pieneksi murto -osaksi alkuperäisestä arvostaan. Tämä vähentää suuresti tärin pinnan hitausmomenttia – koska etäisyys pyörimisakseliin on nyt paljon pienempi -, joten sen pyörimisnopeuden on suurentuttava suuresti saman kulmamomentin säilyttämiseksi. Siksi neutronitähdet pyörivät yleensä useilla kierroksilla sekunnissa.
Inertian alkuperä
Isaac Newton oletti liikelakiensa muotoilussa, että olemassa on kiinteä, absoluuttinen tila, jota vastaan kaikki liike voidaan mitata. Vuonna 1893 fyysikko Ernst Mach ehdotti, että absoluuttisella avaruudella ei olisi järkeä ja että mikä tahansa muutos esineen liikkeessä olisi ajateltava suhteessa kaukaisiin tähtiin. Einsteinin suhteellisuusteorioissa ajatus kiinteästä avaruudesta todella hylättiin, mutta se merkitsee sitä, että lähellä olevan esineen hitauteen vaikuttavat jotenkin valovuosien päässä olevat esineet. Lisäksi vaikutus näyttää hetkelliseltä. On esitetty useita teorioita – joista osa liittyy eksoottisiin ideoihin, kuten ajassa taaksepäin kulkeviin vaikutteisiin – mutta vuodesta 2012 lähtien ei näytä olevan yleisesti hyväksyttyä selitystä hitauden alkuperälle.