Sistema Inercial

¿Qué es un sistema inercial?

 Un sistema inercial o sistema inercial de referencia es un conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un sistema físico y de mecánica. Las trayectorias medidas y el valor numérico de muchas magnitudes son relativas al sistema de referencia que se considere, por esa razón, se dice que el movimiento es relativo. Sin embargo, aunque los valores numéricos de las magnitudes pueden cambiar de un sistema a otro, siempre van a estar relacionados por relaciones matemáticas que permitan a un observador predecir los valores obtenidos por otro observador.

Para estudiar cualquier movimiento se necesita adoptar un sistema de referencia (SR), desde el que se escribe y se aplican las leyes de la mecánica.

¿Cuáles son las leyes de la mecánica?

 LEY DE LA INERCIA :

Newton explica que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo (MRU) a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”. Esta ley nos dice, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

 LEY DE ACELERACION O FUERZA:

“Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”. Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene que ser necesariamente constante) se le aplica una fuerza neta: la fuerza va a modificar el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

 LEY DE ACCION Y REACCION:

La tercera ley expone que por cada fuerza que se le aplique a un cuerpo, éste va a realizar una fuerza de igual intensidad y dirección pero con un sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Es decir, que las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

LA SOLUCION MECANICA DE NEWTON

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 en reposo o en cualquier otro SR con movimiento rectilíneo y uniforme (MRU). Estos SR (en reposo o con MRU respecto de un SR en reposo) se llaman sistemas de referencia inerciales (SRI).

SISTEMA DE REFERENCIA INERCIAL

Según las leyes de mecánica propuestas por Newton, un sistema de referencia inercial es un sistema de referencia en el que las leyes del movimiento cumplen las leyes de Newton y, por tanto, la variación del momento lineal del sistema es igual a las fuerzas reales que se aplicasen sobre el sistema.

CARACTERISTICAS:

 El punto de referencia es arbitrario, dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro sistema desplazado con respecto al primer SRI a una distancia fija sigue siendo inercial.

 La orientación de los ejes es arbitraria, dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro sistema de referencia con otra orientación distinta del primero, sigue siendo inercial.

 Desplazamiento a velocidad lineal constante, dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro que se desplace con velocidad lineal y constante, sigue siendo inercial.

Por combinación de los tres casos anteriores, se puede decir que cualquier sistema de referencia desplazado respecto a uno inercial, girado y que se mueva con una velocidad constante y lineal, sigue siendo inercial.

SISTEMA DE REFERENCIA NO INERCIAL

La mecánica propuesta por Newton o “mecánica newtoniana” es ideal para describir los eventos físicos que ocurren en la experiencia diaria, es decir, a situaciones que suceden a velocidades muchísimo menores que la velocidad de la luz.

En “mecánica newtoniana” se dice que un sistema de referencia es no inercial cuando en él no se cumplen las Leyes del movimiento de Newton, es decir sus leyes no se pueden aplicar. Cuando se da un sistema de referencia inercial, un segundo sistema de referencia será no inercial cuando describa un movimiento acelerado (MRUVA) respecto al primero.

CARACTERISTICAS:

 Dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro que se mueva con aceleración lineal respecto al primero es no inercial.

 Dado un sistema de referencia inercial, cualquier otro (SR) en el cual sus ejes roten, con velocidad de rotación constante o variable, respecto a los del primero, no es inercial.

En este tipo de sistema se aplican las variables de aceleración y rotación, las cuales pueden estar combinadas o no, dependiendo de la situación. En si para que sea no inercial debe haber presente un campo de fuerza que actúe sobre el objeto para que este adquiera una aceleración.

Fuerza centripeta

Eje de giro

Atracción gravitacional

Diferentes ejemplos para explicar con mayor facilidad los efectos de la inercia:

1.-

“Todos los cuerpos mantienen su estado de reposo o movimiento rectilíneo y uniforme si ninguna fuerza actúa sobre ellos, obligándoles a salir de su situación inicial”.

Cualquier fuerza, al aplicarse sobre un cuerpo, tiene que vencer cierta oposi¬ción o resistencia que el cuerpo le ofrece. Esta resistencia recibe el nombre de inercia, por lo tanto esta primera ley se denomina también ley de inercia. Un ejemplo de la inercia se puede experimentar cuando queremos arrastrar un coche o una caja empu¬jándola hacia delante. Cuando intentamos correr el objeto de su lugar inicial, éste opone cierta resistencia a ser movido. Una vez vencida esta inercia, el coche o la caja se moverán con facilidad.

2.-

El efecto que la gravedad produce sobre nosotros es básicamente una aceleración. Cuando aceleramos un coche (al estar dentro de el) es típico sentir una fuerza que nos aprieta contra el respaldo del asiento. Esta fuerza no es tal en realidad, aunque nuestra masa y la aceleración del auto nos permitan sentirla como si lo fuera. En realidad lo que sentimos es el efecto de la inercia.

La flecha

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