Los filósofos antiguos intentaron comprender la esencia del movimiento, para revelar la influencia de las estrellas y el Sol en una persona. Además, la gente siempre ha tratado de identificar las fuerzas que actúan sobre un punto material en el proceso de su movimiento, así como en un momento de reposo.
Aristóteles creía que en ausencia de movimiento, el cuerpo no se ve afectado por ninguna fuerza. Intentemos averiguar qué marcos de referencia se llaman inerciales, daremos ejemplos de ellos.
Estado de reposo
En la vida cotidiana es difícil detectar tal condición. En casi todos los tipos de movimiento mecánico se supone la presencia de fuerzas extrañas. La razón es la fuerza de rozamiento, que no permite que muchos objetos abandonen su posición original, para salir del estado de reposo.
Considerando ejemplos de sistemas de referencia inerciales, observamos que todos corresponden a la primera ley de Newton. Solo después de su descubrimiento fue posible explicar el estado de reposo, para indicar las fuerzas que actúan en este estado sobre el cuerpo.
Formulación de la primera ley de Newton
En la interpretación moderna, explica la existencia de sistemas de coordenadas, respecto de los cuales se puede considerar la ausencia de fuerzas externas actuando sobre un punto material. Desde el punto de vista de Newton, se denominan sistemas de referencia inerciales, que nos permiten considerar la conservación de la velocidad del cuerpo durante un tiempo prolongado.
Definiciones
¿Qué marcos de referencia son inerciales? Ejemplos de ellos se estudian en el curso de física escolar. Se consideran sistemas de referencia inerciales aquellos respecto de los cuales el punto material se desplaza a velocidad constante. Newton aclaró que cualquier cuerpo puede estar en un estado similar siempre que no haya necesidad de aplicarle fuerzas que puedan cambiar ese estado.
En realidad, la ley de la inercia no se cumple en todos los casos. Al analizar ejemplos de marcos de referencia inerciales y no inerciales, considere a una persona que se sujeta de los pasamanos en un vehículo en movimiento. Cuando un automóvil frena bruscamente, una persona se mueve automáticamente en relación con el vehículo, a pesar de la ausencia de una fuerza externa.
Resulta que no todos los ejemplos de un marco de referencia inercial corresponden a la formulación de la ley de 1 Newton. Para aclarar la ley de la inercia, se introdujo una definición refinada de sistemas de referencia en la que se cumple impecablemente.
Tipos de sistemas de referencia
¿Qué sistemas de referencia se denominan inerciales? Pronto quedará claro. "Dé ejemplos de sistemas de referencia inerciales en los que se cumpla la ley de 1 Newton" -una tarea similar se ofrece a los escolares que han elegido física como examen en el noveno grado. Para hacer frente a la tarea, es necesario tener una idea acerca de los marcos de referencia inerciales y no inerciales.
La inercia implica la preservación del reposo o movimiento rectilíneo uniforme del cuerpo mientras el cuerpo esté aislado. Los cuerpos "aislados" son aquellos que no están conectados, no interactúan, están separados unos de otros.
Consideremos algunos ejemplos de un marco de referencia inercial. Suponiendo una estrella en la galaxia como marco de referencia, en lugar de un autobús en movimiento, la implementación de la ley de inercia para los pasajeros que se sujetan a los rieles será perfecta.
Durante el frenado, este vehículo continuará moviéndose uniformemente en línea recta hasta que sea afectado por otros cuerpos.
¿Qué ejemplos de marco de referencia inercial puedes dar? No deben tener conexión con el cuerpo analizado, afectar su inercia.
Es para tales sistemas que se cumple la primera ley de Newton. En la vida real, es difícil considerar el movimiento de un cuerpo en relación con los marcos de referencia inerciales. Es imposible llegar a una estrella lejana para realizar experimentos terrestres desde ella.
La Tierra se acepta como sistema de referencia condicional, a pesar de que está asociada con objetos colocados sobre ella.
Es posible calcular la aceleración en el marco de referencia inercial si consideramos la superficie de la Tierra como marco de referencia. En física, no hay registro matemático de la 1ra ley de Newton, pero es él quien es la base paraderivación de muchas definiciones y términos físicos.
Ejemplos de marcos de referencia inerciales
A los estudiantes de escuela a veces les resulta difícil comprender los fenómenos físicos. A los estudiantes de noveno grado se les ofrece la tarea del siguiente contenido: “¿Qué marcos de referencia se llaman inerciales? Dé ejemplos de tales sistemas. Suponga que el carro con la pelota se mueve inicialmente sobre una superficie plana con una rapidez constante. Luego se mueve a lo largo de la arena, como resultado, la bola se pone en movimiento acelerado, a pesar de que ninguna otra fuerza actúa sobre ella (su efecto total es cero).
La esencia de lo que está sucediendo puede explicarse por el hecho de que mientras se mueve sobre una superficie arenosa, el sistema deja de ser inercial, tiene una velocidad constante. Los ejemplos de marcos de referencia inerciales y no inerciales indican que su transición ocurre en un cierto período de tiempo.
Cuando el cuerpo acelera, su aceleración tiene un valor positivo, y cuando frena, esta cifra se vuelve negativa.
Movimiento curvilíneo
Con relación a las estrellas y al Sol, el movimiento de la Tierra se realiza a lo largo de una trayectoria curvilínea, que tiene forma de elipse. Aquel marco de referencia, en el que el centro esté alineado con el Sol, y los ejes estén dirigidos a determinadas estrellas, se considerará inercial.
Tenga en cuenta que cualquier marco de referencia que se mueva en línea recta y de manera uniforme en relación con el heliocéntricoEl sistema es inercial. El movimiento curvilíneo se realiza con cierta aceleración.
Dado que la Tierra se mueve alrededor de su eje, el marco de referencia, que está asociado con su superficie, en relación con el heliocéntrico se mueve con alguna aceleración. En tal situación, podemos concluir que el marco de referencia, que está conectado con la superficie terrestre, se mueve con aceleración relativa al heliocéntrico, por lo que no puede considerarse inercial. Pero el valor de la aceleración de tal sistema es tan pequeño que en muchos casos afecta significativamente las características específicas de los fenómenos mecánicos considerados en relación con él.
Para resolver problemas prácticos de carácter técnico, se acostumbra considerar como inercial el marco de referencia que está rígidamente conectado con la superficie terrestre.
Relatividad galileana
Todos los marcos de referencia inerciales tienen una propiedad importante, que se describe en el principio de relatividad. Su esencia radica en que cualquier fenómeno mecánico bajo las mismas condiciones iniciales se realiza de la misma manera, independientemente del marco de referencia elegido.
La igualdad de ISO según el principio de relatividad se expresa en las siguientes disposiciones:
- En tales sistemas, las leyes de la mecánica son las mismas, por lo que cualquier ecuación descrita por ellas, expresada en términos de coordenadas y tiempo, permanece sin cambios.
- Los resultados de los experimentos mecánicos en curso permiten establecer si el marco de referencia estará en reposo o si hacemovimiento rectilíneo uniforme. Cualquier sistema puede reconocerse condicionalmente como estacionario si el otro al mismo tiempo se mueve en relación con él a cierta velocidad.
- Las ecuaciones de la mecánica permanecen sin cambios con respecto a las transformaciones de coordenadas en el caso de transición de un sistema a otro. Puedes describir el mismo fenómeno en diferentes sistemas, pero su naturaleza física no cambiará.
Resolución de problemas
Primer ejemplo.
Determina si el marco de referencia inercial es: a) un satélite artificial de la Tierra; b) atracción infantil.
Respuesta. En el primer caso, no se trata de un sistema de referencia inercial, ya que el satélite se mueve en órbita bajo la influencia de la fuerza de la gravedad, por lo tanto, el movimiento se produce con cierta aceleración.
La atracción tampoco puede considerarse un sistema inercial, ya que su movimiento de rotación se produce con cierta aceleración.
Segundo ejemplo.
El sistema de informes está firmemente conectado con el ascensor. ¿En qué situaciones se le puede llamar inercial? Si el ascensor: a) se cae; b) se mueve uniformemente hacia arriba; c) aumenta rápidamente d) dirigida uniformemente hacia abajo.
Respuesta. a) En caída libre aparece la aceleración, por lo que el marco de referencia asociado al ascensor no será inercial.
b) Con movimiento uniforme del ascensor, el sistema es inercial.
c) Al moverse con cierta aceleración, el marco de referencia se considera inercial.
d) El ascensor se mueve lentamente, tiene una aceleración negativa, por lo que no puedesllame al marco de referencia inercial.
Conclusión
A lo largo de todo el tiempo de su existencia, la humanidad ha estado tratando de comprender los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Galileo Galilei intentó explicar la relatividad del movimiento. Isaac Newton logró derivar la ley de la inercia, que comenzó a utilizarse como postulado principal en los cálculos de la mecánica.
En la actualidad, el sistema de detección de la posición del cuerpo incluye el cuerpo, el dispositivo para determinar la hora, así como el sistema de coordenadas. Dependiendo de si el cuerpo está en movimiento o estático, es posible caracterizar la posición de un objeto determinado en el período de tiempo deseado.
