Marcos no inerciales

Marcos no inerciales#

No todos los sistemas de referencia son equivalentes para aplicar directamente las leyes de Newton. Cuando el observador acelera o rota, aparecen terminos adicionales que permiten describir el movimiento desde ese marco.

Objetivos de aprendizaje#

  • Distinguir entre marcos inerciales y no inerciales.

  • Identificar fuerzas ficticias asociadas a traslaciones aceleradas y rotaciones.

  • Analizar movimiento observado desde plataformas giratorias.

  • Relacionar descripcion matematica y significado fisico de cada termino.

Marcos inerciales#

En un marco inercial se cumple la forma habitual de la segunda ley:

\[\sum \vec{F}=m\vec{a}\]

Si el sistema de referencia acelera respecto de un marco inercial, esa expresion necesita correcciones.

Traslaciones aceleradas#

Si el observador se mueve con aceleracion \vec{A} respecto de un marco inercial, en el nuevo marco aparece una fuerza inercial efectiva:

\[\vec{F}_{\mathrm{inercial}}=-m\vec{A}\]

Esta fuerza no corresponde a una interaccion fisica nueva, sino al cambio de sistema de referencia.

Sistemas rotantes#

Cuando el marco gira con velocidad angular \vec{\Omega}, la aceleracion observada incorpora terminos adicionales. Dos de los mas importantes son:

Fuerza centrifuga#

\[\vec{F}_{\mathrm{centrifuga}}=-m\vec{\Omega}\times(\vec{\Omega}\times\vec{r})\]

Fuerza de Coriolis#

\[\vec{F}_{\mathrm{Coriolis}}=-2m\vec{\Omega}\times\vec{v}_{\mathrm{rel}}\]

La primera depende de la posicion y la segunda de la velocidad relativa dentro del marco giratorio.

Ejemplos fisicos#

  • Desvio aparente de masas de aire en la atmosfera terrestre.

  • Analisis de objetos sobre una plataforma en rotacion.

  • Estudio cualitativo del pendulo de Foucault.

  • Movimiento observado desde un vehiculo que acelera.

Ideas clave#

  • Las fuerzas ficticias no se dibujan en un diagrama de cuerpo libre dentro de un marco inercial.

  • En un marco no inercial se introducen para recuperar una forma util de las ecuaciones de movimiento.

  • La eleccion del sistema de referencia influye en la descripcion matematica, no en la fisica del fenomeno.

Preguntas para estudiar#

  1. Que cambia si se describe el problema desde el suelo o desde una plataforma giratoria.

  2. En que situaciones conviene usar un marco no inercial.

  3. Como distinguir una fuerza real de un termino inercial.