Los marcos de referencia son conjuntos de sensores hipotéticos que son “ideales”, ya que se mantienen unidos por una red hecha de los “mejores” materiales posibles dadas las leyes de simetría que gobiernan el sistema. Por lo tanto, puede imaginar el ‘marco de referencia’ como un marco literal con instrumentos de medición conectados a cada nodo que envían señales que viajan a la velocidad de la luz en el vacío.
Un marco inercial es un caso especial de un marco de referencia. Un marco inercial es un marco de referencia donde ninguno de los instrumentos de medición está bajo la influencia de una fuerza mecánica.
El marco inercial es un concepto idealizado que nunca puede duplicarse con precisión en el mundo real. El concepto se idealiza en el sentido de que se define en términos de los límites asimpáticos de ciertas leyes físicas. Es un concepto que hace que la visualización y las matemáticas computacionales sean más simples de lo que sería un sistema real. Por lo tanto, no puedo señalar ningún objeto real en el universo y decir: ‘Esto es precisamente un marco inercial’. Sin embargo, puedo señalar objetos reales y afirmar que estos dispositivos bajo ciertas condiciones actúan de manera muy similar a un marco de referencia.
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Los ingenieros eléctricos a menudo colocan sus dispositivos electrónicos en un marco de metal llamado ‘bastidor electrónico’. Los autobuses metálicos y, a veces, los cables conectan los diferentes dispositivos de medición en diferentes partes de este marco de metal. Algunos de los dispositivos pueden ser ópticos en lugar de electrónicos, por lo que podría haber láseres y detectores de fotones conectados al bastidor. El bastidor se puede conectar a diferentes dispositivos que no están unidos al marco mediante cables y vías ópticas. Por lo tanto, puede comparar el bastidor con el marco de referencia hipotético y los dispositivos no conectados al bastidor con los cuerpos físicos que examina el marco de referencia.
Se pueden colocar dos bastidores uno al lado del otro. Los cables en un estante pueden conectar sus dispositivos de medición a los dispositivos en el otro estante. Por lo tanto, puede tener dos cuadros que se examinan entre sí. Puede elegir arbitrariamente un marco como el marco estacionario y el otro marco para un conjunto de cuerpos que el marco estacionario está examinando. Puedes imaginar que cada estante está hecho de algún material que les permite colocarse y pasar el uno al otro. O puede imaginarse el bastidor en forma de tal manera que los dos bastidores se puedan ubicar muy juntos.
En este caso, puede referirse a un bastidor como marco de referencia S0 y al otro bastidor electrónico como marco de referencia S1. Entonces tienes una situación muy cercana a lo que Einstein describió en su artículo de 1905 donde introduce la relatividad especial.
Tal vez no. Los marcos de referencia en este artículo de 1905 eran realmente marcos inerciales, como describió Einstein más adelante. Lo que haría que estos dos bastidores actúen como un marco inercial es lo siguiente.
Los instrumentos de medición unidos a un marco de referencia no deben estar sujetos a ninguna fuerza mecánica o tensión mecánica cuando el marco de referencia es un marco inercial. En otras palabras, un marco inercial no puede tener propulsores de cohetes que empujen los dispositivos en el marco de referencia. El material que comprende el estante no debe ser estresado o cortado. Por lo tanto, todos los instrumentos de medición en el marco inercial deben funcionar sin fuerzas mecánicas.
Lograr que un rack de instrumentos funcione con precisión como un marco inercial requeriría que caiga en caída libre. El estante del instrumento no debe estar sujeto a la superficie de la tierra, porque la superficie de la tierra tiene fuerzas de contacto que funcionarían en el estante. El estante del instrumento no debe ser soportado por la atmósfera, porque las fuerzas aplicadas en el estante por la atmósfera son mecánicas. No debe haber una marea gravitacional que actúe sobre el estante del instrumento porque para mantener su forma, tendría que haber una tensión mecánica aplicada al estante del instrumento.
Por lo tanto, la electrónica de un bastidor en un satélite espacial que orbita la Tierra actuaría en un grado muy alto como un marco inercial. Los instrumentos unidos a la superficie de la tierra estarían en un marco no inercial.
Así que ahí está tu ejemplo.
Los instrumentos de medición que están físicamente unidos a la superficie geodésica de la tierra son un marco no inercial. Las fuerzas centrípetas que evitan que estos instrumentos de medición entren en caída libre son mecánicas. Entonces, estas fuerzas mecánicas hacen que la red que conecta estos instrumentos con la superficie geodésica de la tierra se convierta en un marco no inercial.
