¿Qué son los marcos inerciales y no inerciales?

Cualquier cuadro que tenga una velocidad constante es un cuadro inercial. Cualquier otro marco no es inercial. Esto es importante para las Leyes de Newton porque los marcos no inerciales crean fuerzas falsas o fuerzas sin una fuente aparente.

A pesar de que parece permanecer inmóvil mientras su automóvil acelera, el camión parece acelerar hacia atrás. Parece que hay una fuerza que hace que el camión se mueva hacia atrás, de hecho, es falso, ya que es solo el resultado de que su marco de referencia no es inercial.

Los marcos inerciales se mueven. Los marcos no inerciales son fijos. Un ejemplo común es el que se usa para los satélites (ECF y ECI). Estos significan Tierra Centrada Fija, que se fija a la latitud y longitud del planeta, y Tierra Centrada Inercial con rotación para compensar la rotación de la Tierra. Curiosamente, ECI es un marco fijo si estás en el espacio y no en la Tierra giratoria.

En la mecánica newtoniana y la relatividad especial, un marco inercial es aquel cuyas coordenadas no se aceleran. En la relatividad general, las cosas se vuelven más sutiles y más interesantes; Un marco inercial es uno en caída libre. Entonces, lo más cercano a un marco inercial ocupado por seres humanos hoy en día es la Estación Espacial Internacional.

Sin embargo, para la mayoría de los propósitos prácticos, podemos tratar a un laboratorio en la superficie de la tierra como un marco inercial en el que todo está sujeto a una fuerza misteriosa en la misma dirección y proporcional a su masa. Esto es similar a otras fuerzas de conveniencia como la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis, ya que es el resultado de pretender que estamos en un marco de referencia inercial cuando no lo estamos.

El marco inercial (o marco de referencia inercial) en física describe el tiempo y el espacio de manera homogénea, isotrópica y en intervalos de tiempo

No inercial (o marco de referencia no intertial) en física es una referencia que está experimentando aceleración con respecto a un marco inercial. Un acelerómetro en reposo en un marco no inercial detectará en general una aceleración distinta de cero.

Los marcos inerciales son aquellos marcos de referencia en los que las partículas libres se mueven a lo largo de líneas rectas. Los marcos de referencia no inerciales son aquellos en los que las partículas libres no se mueven a lo largo de líneas rectas. Un ejemplo clásico de un marco de referencia no inercial es, por supuesto, cualquier marco de referencia que esté fijo con respecto a la superficie de la Tierra: los objetos que caen libremente caen aproximadamente a lo largo de caminos parabólicos cerca de la superficie de la Tierra, y hay fuerzas centrífugas y fuerzas de Coriolis como bien.

Me atendré a ejemplos en la vida cotidiana.

Ningún marco en la Tierra es inercial, debido a la gravedad. Sin embargo, en experimentos bidimensionales paralelos al suelo, a veces podemos ignorar la gravedad.

Cuando hay aceleración, puedes sentirlo. Un marco inercial no está acelerando.

Ignorando la gravedad, cuando acelera su automóvil y puede sentir la fuerza del motor cuando su espalda se presiona contra el respaldo, su marco no es inercial porque puede sentir esa fuerza. Cuando frena repentinamente y los pasajeros tienen que prepararse, el cuadro vuelve a ser inercial. Cuando dobla una esquina, la fuerza centrífuga arroja a todos de lado, por lo que su marco no es inercial. La rotación es un tipo de aceleración. Pero cuando alcanza la velocidad de crucero y la mantiene, su marco es inercial porque no siente fuerza (ignorando la gravedad que puede sentir).

Si compite con su automóvil en una carretera montañosa, puede volar. Todas las fuerzas desaparecen mientras sus ruedas están fuera de la carretera. Incluso la gravedad deja de sentirse. Entonces su cuadro es verdaderamente inercial (excepto por una desaceleración muy leve causada por la resistencia del aire, probablemente demasiado débil para sentirse).

Un marco inercial es algo que existe en Flat Space-Time. Puede pensar que tiene algo que ver con la Misa, pero no es así porque no hay Misa y, por lo tanto, no hay Leyes de Física en el Tiempo Espacial Plano, a pesar de las afirmaciones del primer postulado. Un marco no inercial es bastante más fácil. Por lo demás, es un marco inercial pero se está acelerando. El primero requiere una referencia que Einstein de alguna manera logró convencernos de que podría negarse. Dijo que no hay un marco preferencial.

Bueno, estaba equivocado, hay dos. El primero es el marco de referencia del objeto, que es donde toda la Energía se expresa internamente. La segunda es la referencia gravitacional que no existe en las Teorías de Einstein porque se deshizo de Gravity. Es justo decir que todos los demás marcos de referencia son iguales, es decir, sin sentido. La transformación de Lorentz puede, por supuesto, llevarlo a un marco de referencia relevante cuando el flujo gravitacional es uniforme y, por lo tanto, la velocidad de la luz es constante.

Sin embargo, los marcos de referencia no inerciales no requieren un marco de referencia. La aceleración relativa a todos los marcos de referencia inerciales es siempre la misma, razón por la cual Newton atribuyó una referencia absoluta a F = ma.

En realidad, no existe una referencia de marco inercial en el universo. Suponemos, por simplicidad, que la tierra es un marco inercial pero la tierra gira sobre su propio eje y también sobre el sol. La rotación de la tierra sobre su propio eje es muy pequeña ( insignificante) en comparación con el movimiento de la Tierra alrededor del Sol, por lo que llamamos que la Tierra se mueve con velocidad constante significa que la Tierra es un marco inercial. Si alguien se mueve con velocidad constante en la Tierra, entonces la persona está en el marco de referencia inertail.

Todo el trabajo que hacemos en la vida diaria no es intertial. Por lo tanto, simplemente podemos decir que todos los cuerpos que se mueven con velocidades variables son un marco de referencia no inercial.

En primer lugar, ¿qué es un marco de referencia?

Puede considerarse como un reloj, con tres reglas saliendo de él (que no son coplanares), solo sin el reloj y sin las reglas. Es una forma de adjuntar una etiqueta a ubicaciones y horarios.

Esto es muy genérico. El reloj podría estar moviéndose. Podría estar acelerando. Si nos sentimos extravagantes, los gobernantes podrían estar en bisagras, los ángulos entre ellos cambian con el tiempo (siempre y cuando nunca sean coplanares). Los gobernantes incluso podrían ser elásticos.

Para cualquier marco de referencia bien definido, es posible hacer reglas de física. Para algunos cuadros, las matemáticas se vuelven horriblemente complicadas. Resulta que las matemáticas generalmente se expresan mejor como un conjunto básico de reglas, como F = ma, con un conjunto de transformaciones aplicadas, que (conceptualmente) ‘deshace’ los efectos de cosas como la rotación.

Un marco de referencia inercial es aquel en el que la matemática es más simple, no hay ninguna de esas transformaciones (o se aplica la más simple posible). Un marco no inercial es aquel en el que las matemáticas son más complicadas. (Pero, cuando alguien usa la frase, por lo general hay algunas convenciones que se aplican para mantenerla como una locura, como los gobernantes, todos en ángulos rectos mutuos).