Marco de referencia inercial: definición y ejemplo

Marco de referencia inercial

En algún momento de su vida, probablemente haya estado en alguna forma de transporte público. Podría haber sido un autobús, metro, tren, avión o incluso algo más. A menudo compartimos estos paseos con otras personas. Desde su punto de vista en el vehículo, estas personas están sentadas o paradas. Sin embargo, para un transeúnte parado fuera del vehículo, usted y sus compañeros de viaje se mueven a mayor velocidad. Podemos llamar a estos dos puntos de vista dos marcos de referencia diferentes. En física, podemos clasificar los marcos de referencia en dos tipos principales: inerciales y no inerciales.

La inercia es la propiedad de la materia en la que un objeto que está en reposo quiere permanecer en reposo, y un objeto que se mueve quiere seguir moviéndose en línea recta a menos que otra fuerza actúe sobre él. Asimismo, un marco de referencia inercial es un marco de referencia en el que un objeto permanece en reposo o con una velocidad constante a menos que otra fuerza actúe sobre él. Cuando un cuerpo no parece estar actuando de acuerdo con la inercia, está en un marco de referencia no inercial o acelerando.

Ley de Newton y marcos de referencia

La primera ley de Newton establece que un cuerpo en reposo permanecerá en reposo y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a una velocidad constante en línea recta a menos que actúe sobre él una fuerza externa. La fuerza externa en esta ley es una fuerza que no se origina en el propio cuerpo. Al observar las definiciones anteriores de inercia y un marco de referencia inercial, podemos ver que sus definiciones son casi las mismas que las de la primera ley de Newton. Otra forma de definir un marco de referencia inercial es un marco de referencia en el que la primera ley de Newton sigue siendo cierta. Entonces, es posible que se esté preguntando, ¿cuándo podría la primera ley de Newton no parecer cierta? Bueno, probablemente hayas experimentado un momento en el que no parece verdad tú mismo, y tiene que ver con marcos de referencia no inerciales.

Pensemos en nuestro ejemplo del espectador afuera de un vehículo y el pasajero adentro de la primera sección de la lección. Primero voy a cambiar un poco el ejemplo. Por un lado, lo simplificaremos a un pasajero dentro del vehículo. En segundo lugar, imaginemos que el vehículo en el que se encuentra el pasajero es una caja insonorizada desde la que no puede ver. De esta forma, el pasajero no tendrá forma de saber si está en movimiento o parado. De hecho, para ellos todo lo que les importa es que están quietos. En nuestro ejemplo, el espectador fuera del vehículo siempre estará en un marco de referencia inercial, ya que está parado (es decir, en reposo). Para el pasajero, depende del movimiento del vehículo. Supongamos que el vehículo se mueve en línea recta. Si el vehículo no acelera, el pasajero se encuentra en un marco de referencia inercial. Esto se debe a que la ausencia de aceleración significa que su velocidad es constante. Si el vehículo está acelerando, el pasajero se encuentra ahora en un marco de referencia no inercial.

Continuando con este mismo escenario, intente ponerse en el papel de ese pasajero. Desde su perspectiva en el vehículo, está parado y nada actúa sobre usted, pero experimenta lo que se siente como una fuerza que lo empuja en la dirección opuesta al movimiento del vehículo. Probablemente esté familiarizado con este sentimiento. Es esa sensación de ser empujado hacia atrás en su asiento cuando un vehículo comienza a moverse o acelera rápidamente.

Fuerzas ficticias

Entonces, ¿de dónde viene esa sensación de empujarte hacia atrás en tu asiento? Supongamos que el vehículo se detuvo y comenzó a acelerar. Desde la perspectiva del espectador, él o ella puede ver que el vehículo comenzó a moverse. Dado que el pasajero estaba en reposo, quiere permanecer en reposo. Esta sensación es que tu cuerpo se resiste al movimiento debido a la inercia. Desde la perspectiva del pasajero, no hay movimiento y se siente como si de repente se le hubiera aplicado una fuerza al cuerpo. Llamamos a este tipo de fenómeno desde la perspectiva del pasajero una fuerza ficticia.

Una fuerza ficticia , también conocida como pseudo-fuerza, se define como una fuerza que es físicamente aparente que actúa sobre un objeto, pero que tampoco parece existir en un marco de referencia no inercial. Esto puede parecer un concepto bastante confuso, así que veamos otro ejemplo de una fuerza ficticia.

De niño, es posible que en algún momento haya montado un tiovivo en un parque infantil. Normalmente tiene barandillas para que los niños se agarren. Estos son necesarios porque cuando está girando, puedes sentir una fuerza que intenta tirarte del paseo. A esta fuerza la llamamos fuerza centrífuga. Una fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que se siente en un cuerpo que empuja hacia afuera desde un eje central alrededor del cual gira.

Sin embargo, la fuerza centrífuga no es una fuerza real. Tampoco lo es la sensación de aceleración desde el interior de un vehículo. Ambas fuerzas ficticias sentidas son efectos de la inercia. Para una persona en un tiovivo, su cuerpo no quiere moverse en un movimiento circular, quiere moverse en línea recta de acuerdo con la inercia. Debe agarrarse a las barandillas del tiovivo para seguir viajando en un camino circular. Si alguna vez te soltaras, serías arrojado del tiovivo en línea recta de acuerdo con la inercia.

Con respecto a los marcos de referencia inerciales, volvamos al espectador en el vehículo que acelera. Una escena de un marco de referencia inercial, como pararse en la esquina de la calle, el espectador vería al vehículo y al pasajero moviéndose hacia adelante o empujados en la dirección de la aceleración. Y nuevamente, el pasajero en el marco no inercial pensaría que las pseudo fuerzas lo están empujando en la dirección opuesta a la aceleración.

Resumen de la lección

La inercia es la propiedad de la materia en la que un objeto que está en reposo quiere permanecer en reposo, y un objeto que se mueve quiere seguir moviéndose en línea recta a menos que otra fuerza actúe sobre él. Un marco de referencia inercial es un marco de referencia, es decir, un punto de vista, donde la propiedad de inercia es verdadera. Un marco de referencia no inercial es el marco de referencia donde la propiedad de inercia no parece ser cierta.

En un escenario en el que un espectador está observando un vehículo en movimiento, el espectador siempre será un marco de referencia inercial. El pasajero del vehículo estará en un marco de referencia no inercial si el vehículo está acelerando. Cuando la propiedad de la inercia no parece ser cierta en los marcos de referencia no inerciales, se crean fuerzas ficticias. La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que se siente en un cuerpo que empuja hacia afuera desde un eje central alrededor del cual gira. Esta fuerza ficticia no es en realidad una fuerza, sino un efecto de inercia.

Términos clave

La primera ley de Newton es propiedad de la inercia

• Inercia : la propiedad de la materia en la que un objeto que está en reposo quiere permanecer en reposo, y un objeto que se está moviendo quiere seguir moviéndose en línea recta a menos que otra fuerza actúe sobre él.
• Marco de referencia inercial : un marco de referencia en el que un objeto permanece en reposo o con una velocidad constante hasta que otra fuerza actúa sobre él.
• Marco de referencia no inercial : cuando un cuerpo no actúa de acuerdo con la inercia.
• Fuerza ficticia : una fuerza que es físicamente aparente actuar sobre un objeto, pero que tampoco parece existir en un marco de referencia no inercial.
• Fuerza centrífuga : una fuerza ficticia que se siente en un cuerpo que empuja hacia afuera desde un eje central alrededor del cual gira.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado, debería poder:

• Estado de la primera ley de Newton y cómo se relaciona con la inercia
• Explicar la diferencia entre un marco de referencia inercial y no inercial.
• Identificar un ejemplo de fuerza ficticia

Rodrigo Ricardo Editor y fundador