Conceptos de Física

SISTEMA DE REFERENCIA

Supongamos que parados en la vereda observamos pasar a un vehículo con su conductor y un pasajero en el asiento trasero. Desde nuestra posición, el conductor se está moviendo, se está desplazando; pero para el pasajero sentado detrás del conductor, no ve movimiento alguno en éste. Entonces concretamente, es fundamental conformar un sistema de referencia teniendo en cuenta donde estamos posicionados.

En el ejemplo mencionado cada una de las posiciones de observación representan sistemas de referencia distintos:

1. Nosotros parados en la vereda viendo que el conductor tenía movimiento
2. Posicionados como pasajero desde donde el conductor permanecía inmóvil.

Podemos decir que son las referencias que el OBSERVADOR va a obtener respecto a la posición, velocidad, aceleración de un objeto o partícula, para luego volcarlas a valores cuantificables en un sistema de coordenadas.

Un sistema de referencia es mas general que un sistema de coordenadas.

SISTEMA INERCIAL Y NO INERCIAL DE REFERENCIA

Considerando lo aprendido en relación a lo que es un sistema de referencia, éste puede ser INERCIAL o NO INERCIAL. Veamos a qué nos referimos cuando hablamos de inercia.

¿Qué es la inercia?:

Si bien se verá mas adelante en detalle con las leyes de Newton, para comprender lo que es un sistema inercial de referencia, podemos enunciar a la inercia como:

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Clasificación de los sistemas de referencia

Según su estado de reposo o movimiento relativo, podemos clasificar los sistemas de referencia en:

•        Sistemas de referencia inerciales. Dicho de un modo simple, un sistema de referencia se dice inercial cuando están fijos o tienen movimiento relativo uniforme.

•        Sistemas de referencia no inerciales. De un modo simple, un sistema de referencia no inercial es aquel que está sometido a una aceleración.

Cuando estudiemos el principio de inercia o primera ley de Newton, profundizaremos en este concepto.

 Es importante destacar que un sistema inercial puede convertirse en uno no inercial o viceversa, esto depende desde donde se posiciona el observador (ver “sistema de referencia”)

SISTEMA DE COORDENADAS

Existen diversos tipos de sistemas de coordenadas como las polares o las cartesianas, este último sistema es el mas utilizado y el que emplearemos. Su denominación deriva de quien fuera el primero que expresó la posición de un punto en el plano o en el espacio “Descartes”.

A los fines de estudiar los movimientos el sistema de referencia es fundamental porque nos permite establecer la posición del cuerpo que estamos estudiando. Está formado por ejes cartesianos o coordenadas cartesianas, puede tener 3 ejes perpendiculares X, Y, Z denominado de 3 dimensiones; o 2 ejes X e Y denominado de 2 dimensiones; o simplemente un eje X y se denomina de 1 dimensión o recta.

[pic 2]

Por ejemplo consideremos en el gráfico que sigue un cuerpo cayendo por un plano inclinado (por ejemplo una rampa), podríamos plantear un sistema como el de A o como el de B, según nos convenga. En A la bola se mueve en 2 dimensiones (cambia sus coordenadas en el eje x e y mientras se desplaza – recordar que estamos parados en 0,0) y en B se mueve en una sola dimensión (solo se mueve en el eje x). Realizar cálculos en una dimensión suele ser mucho mas fácil que en dos, por lo que sería más conveniente escoger el sistema B.

En cualquiera de los casos, tendremos que asegurarnos que las nuevas referencias se ajustan al cambio que hemos realizado en el sistema. Por ejemplo, en A la bola empieza a moverse en el punto (0,3) y en B empieza a moverse en (0,0).

[pic 3]

LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY DE NEWTON  DEL MOVIMIENTO (Ley de Inercia)

Galileo Galilei sentó las bases de la primera ley de Newton del movimiento. En sus investigaciones experimentales, dejó caer objetos para observar el movimiento bajo la influencia de la gravedad. Usó esferas que ruedan por planos inclinados. Dejaba que una esfera descendiera rodando por un plano inclinado y luego subiera por otro con diferente grado de inclinación. Observó que la esfera alcanzaba rodando aproximadamente la misma altura en todos los casos; pero rodaba más lejos en la dirección horizontal cuando el ángulo de la pendiente era menor. Si se le permitía rodar por una superficie horizontal, la esfera viajaba una distancia considerable, y más si la superficie se hacía más tersa. Galileo se
preguntó qué tan lejos llegaría la esfera si fuera posible hacer perfectamente lisa (sin fricción) la superficie horizontal. Aunque era imposible lograrlo experimentalmente, Galileo razonó que, en ese caso ideal con una superficie infinitamente larga, la esfera continuaría rodando indefinidamente con un movimiento rectilíneo uniforme, pues no habría nada (ninguna fuerza neta) que le hiciera cambiar su movimiento. (Ver “fuerza neta pag.4-5”). Galileo, concluyó por los resultados de sus experimentos que los cuerpos en movimiento exhiben el comportamiento de mantener ese movimiento, y que si un cuerpo inicialmente está en reposo, se mantendrá en reposo a menos que algo haga que se mueva.

[pic 4]

Una pelota rueda más lejos por la pendiente de subida a medida que disminuye el ángulo de inclinación. En una superficie horizontal lisa, rodaría indefinidamente mientras no hubiese ninguna fuerza que hiciera cambiar su estado.

Galileo llamó inercia a esta tendencia de los objetos a mantener su estado inicial
de movimiento. Es decir que “Inercia es la tendencia natural de un objeto a mantener un estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante”), y Newton relacionó este concepto de inercia con la masa notando que un objeto cuanto mas masivo es más inercia tiene, o más resistencia a un cambio de movimiento, que uno menos masivo. Por ejemplo, un automóvil tiene más inercia que una bicicleta.  enunciándose de la siguiente manera la primera ley de Newton.

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