Sistemas de referencia (Dinámica › Fundamentos)

Sistemas de referencia inerciales y no inerciales en la formulación de las leyes físicas.

Idea general del tema

Un sistema de referencia es el observador y los ejes desde los que se describe un movimiento. Las leyes de Newton se cumplen tal cual en los sistemas inerciales, que no aceleran ni giran respecto de las estrellas lejanas. Desde un sistema acelerado el mismo movimiento obedece otras ecuaciones, en las que aparecen términos que no corresponden a ninguna interacción real.

Este tema establece qué es un sistema inercial, qué cambia al pasar a uno que acelera y cómo se relacionan las aceleraciones medidas por dos observadores. Es la base para entender más adelante las fuerzas ficticias.

Qué se comprende al terminar

Al terminar, el alumno debe ser capaz de decidir si un sistema es inercial a partir de su movimiento, de transformar posiciones y aceleraciones entre dos sistemas y de explicar por qué un pasajero ve acelerarse un objeto sin que ninguna fuerza real lo empuje.

Asimismo, debe poder relacionar la aceleración que mide un observador con la que mide otro cuando no hay rotación relativa entre sus sistemas.

Ruta didáctica recomendada

1. Sistemas Inerciales: define los sistemas inerciales, la relatividad galileana y las condiciones en que valen las leyes de Newton.
2. Sistemas No Inerciales Intro: presenta lo que ocurre en un sistema acelerado y por qué aparecen términos que se interpretan como fuerzas ficticias.
3. Aceleración Relativa: relaciona la aceleración de un cuerpo medida en dos sistemas distintos.

Criterio físico esencial

El criterio esencial es decidir, antes de aplicar las leyes de Newton, si el sistema de referencia es inercial. Si no lo es, hay que corregir las ecuaciones o cambiar de sistema; aplicar la segunda ley tal cual en un sistema acelerado produce un resultado que parece razonable y es incorrecto.

Conexión con problemas reales

• vehículos que aceleran o frenan visto desde dentro.
• ascensores y atracciones que giran.
• navegación y movimiento sobre la Tierra.
• paso entre observadores en problemas de movimiento relativo.

Objetivo final del tema

El objetivo final es elegir el sistema de referencia adecuado, reconocer si es inercial y relacionar correctamente las descripciones del movimiento de dos observadores.