SOLUCIÓN DE LA MECÁNICA DE NEWTON. SISTEMAS DE REFERENCIA INERCIALES

 

La solución que dio la mecánica de Newton al problema de los sistemas de referencia (SR) se basa en el descubrimiento que había hecho antes Galileo (1564-1642), de que no es posible distinguir entre los acontecimientos físicos que ocurren en un SR el reposo o en cualquier otro SR con movimiento rectilíneo y uniforme (MRU). Tales SR (en reposo o con movimiento rectilíneo y uniforme respecto de un SR en reposo) se llaman sistemas de referencia inerciales (SRI)

 

Por ejemplo, las experiencias vividas al montar en cualquier tipo de vehículo nos enseñan que mientras éste no cambie su velocidad, dentro todo ocurre igual que si el vehículo estuviera parado.

 

El pasajero de un vehículo con MRU  puede, por ejemplo, lanzar al aire una pelota. Tal como muestra la animación adjunta, respecto del vehículo (SRI) la pelota realiza un movimiento vertical y acelerado. El pasajero se considera legítimamente en reposo (respecto de su suelo, el suelo de su vehículo) y plantea que es el suelo exterior lo que se mueve.

 

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Ayuda a entender por qué ocurre esto analizar el movimiento de la pelota desde el punto de vista de un sistema de referencia exterior, ligado al suelo. Según este punto de vista, la pelota inicia su movimiento con una velocidad igual a la suma de la velocidad vertical que le comunica la mano y la velocidad horizontal del vehículo. Por tanto, describe un movimiento parabólico con la misma velocidad horizontal que el vehículo y, tal como muestra la animación adjunta, está siempre encima de la mano que la lanzó.

Como consecuencia de estos hechos, la Mecánica Clásica formuló el siguiente principio:

 

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Principio de relatividad de Galileo: Las leyes fundamentales de la mecánica clásica (concretamente los principios de la mecánica de Newton) se escriben igual en cualquier sistema de referencia inercial (SRI) y su aplicación conduce a descripciones de cada movimiento diferentes y ajustadas al movimiento real en cada SRI.

 

El principio de relatividad de Galileo da una respuesta al problema de los SR, al afirmar que se pueden aplicar las leyes de la mecánica de Newton en cualquier SRI.

 

¿Qué ocurre, en el ejemplo anterior, si el vehículo acelera? Desde el SRI exterior las leyes de Newton prevén para la pelota el mismo movimiento parabólico, mientras el vehículo, acelerado, la adelantará o quedará retrasado respecto de ella (animación de la izquierda) En cambio, en el SR interior , ligado al vehículo (acelerado y, por tanto, no inercial), las leyes prevén que la pelota, lanzada en dirección vertical y ascendente (y sometida a una fuerza de atracción de la Tierra, vertical y descendente) tenga un movimiento rectilíneo, vertical y acelerado. Pero, lo que realmente ocurre es que la pelota describe una trayectoria curva (animación de la derecha)

 

 

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Esto confirma que en el vehículo (no inercial) no son aplicables las leyes de la mecánica de Newton. El principio de relatividad de Galileo y, por tanto, la solución que dio la mecánica de Newton al problema de los sistemas de referencia, únicamente es aplicable en SRI.

 
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Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"