Principio de relatividad de Galileo
Vamos a hacer unas operaciones matemáticas a partir de las expresiones del apartado anterior. ¿Recuerdas la definición de velocidad instantánea?, se puede obtener derivando la posición respecto al tiempo.
Esta expresión matemática refleja un resultado muy lógico desde el punto de vista de nuestra experiencia común: La velocidad que mide Marta (v') es la que mide Juan (v) menos la velocidad del tren (V')
En el siguiente applet puedes comprobar que este resultado es el que cabía esperar. El applet simula el movimiento de unas barcas por un río. También se representa una balsa que se mueve a la deriva y una persona que está andando por la orilla. Al situar el cursor (sin hacer clic) sobre cualquiera de los elementos te sitúas allí y puedes observar cómo ahora es el resto del paisaje que parece moverse respecto de ti. Prueba a situar el cursor sobre la orilla, la persona, las barcas y la balsa y observa el resultado. También puedes marcar la opción info y verás representados los vectores velocidad de cada elemento.
Clic en la imagen para iniciar la animación
Pero vamos a seguir haciendo operaciones. ¿Recuerda que si derivamos la velocidad respecto del tiempo obtenemos la aceleración?, pues si hacemos esto con la ecuación de arriba (recuerda que V' es constante) obtenemos:
¿Qué quiere decir esto? La respuesta es fácil y sorprendente, ¡Desde los dos sistemas de referencia medimos la misma aceleración! y, por tanto, las fuerzas que explican el movimiento (recuerda F=m·a) son las misma en ambos sistemas.
Traducido al lenguaje común esto significa que no hay ninguna diferencia entre un sistema en reposo o un sistema que se mueva con velocidad constante respeto de él. Lo cierto es que de esto tenemos muchas experiencias: por ejemplo si estás en un ascensor cerrado al exterior que sube o baja con velocidad constante no podrías distinguir si está en reposo o movimiento, sólo detectas cambios cuando el ascensor frena o acelera (donde la velocidad deja de ser constante).
Este resultado constituye el Principio de la Relatividad de Galileo, que podemos enunciarlo así:
| Los sistemas de referencia inerciales son físicamente indistinguibles, las leyes de la Física se cumplen por igual en todos ellos. Esto quiere decir que no hay ningún experimento que nos permita saber sin nos encontramos en un sistema de referencia en reposo o en otro que se mueva a cierta velocidad constante respecto del primero. |
En el ejemplo del movimiento de caída de un objeto que hemos visto en el apartado anterior (barco de Hipatia), los dos observadores pueden explicar el movimiento simplemente por acción de la misma fuerza gravitatoria. La diferencia entre ellos está en que, respecto del observador en reposo, el objeto lleva una velocidad horizontal inicial cuando cae, lo que le obliga a describir una trayectoria parabólica. Pero debes caer en la cuenta que las fuerzas son las mismas en ambos sistemas (F=F')
Caso práctico
El indicador de velocidad de un coche A marca 66 km/h cuando es adelantado por otro coche B que circula a 120 km/h
¿Qué distancia separará a ambos vehículos al cabo de 12 segundos, si suponemos que todo el movimiento se produce en la misma recta?
Fuerzas ficticias
Fuerzas de inercia
Imagina que te encuentras de pie en el interior de un autobús en reposo. En el momento en que arranca te ves impelido hacia atrás. ¿Qué fuerza es la te ha empujado hacia atrás?, ¿qué o quién ha ejercido esa fuerza?, recuerda que las fuerzas son una forma de medir interacciones, por lo que es necesario un cuerpo que la ejerza y otro que la reciba. Esta misma situación aparece cuando el autobús frena o cuando gira para tomar una curva, pero no cuando el autobús se mueve a velocidad constante en una línea recta.
Fíjate bien, esta "fuerza extraña" (no existe ningún cuerpo que la ejerza) sólo aparece cuando el autobús abandona el estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme, es decir, cuando el autobús se convierte en un sistema de referencia no inercial.
Como ves, aparentemente, en este caso no se cumplen las leyes de Newton ya que no hay ninguna fuerza neta sobre ti y sin embargo te ves acelerado hacia atrás.
Y así ocurre en realidad. Sin embargo, podremos seguir utilizando las leyes de Newton (en particular F=ma) si nos "inventamos" una nueva fuerza, llamada fuerza de inercia que actúa sólo cuando el sistema en el que se observa está acelerado (sistema no inercial)
Son fuerzas que aparecen en los sistemas de referencia no inerciales (sistemas acelerados)