¿Cómo surge la fuerza de inercia?

A esto se le llama fuerza de inercia . Y se debe únicamente a la inercia.

No es una fuerza real que se opone al movimiento de avance de la pelota. En realidad es el hecho de que el objeto tiene inercia. Y lo que pasa es que un observador dentro del autobús verá que la pelota acelera hacia atrás si el autobús acelera hacia adelante, y esto se debe a esta fuerza de inercia.

Sé que dijiste que buscas otra explicación además de la inercia. La realidad es que no hay otra explicación.

La inercia es una propiedad de los objetos que tienen masa. Y, de hecho, la primera ley del movimiento de Newton establece que la inercia es la propiedad por la cual un objeto que se mueve con velocidad constante permanecerá en velocidad constante o permanecerá estacionario, a menos que una fuerza externa actúe sobre él .

Esto significa que cuando el autobús comience a moverse, el objeto permanecerá estacionario (para un observador fuera del autobús). No hay fuerza que provoque esto, o que provoque inercia. Más bien, la inercia es una propiedad natural de la pelota y de todos los objetos materiales.

Solo hay un caso en el que la pelota avanzará con el autobús, y es en presencia de fricción. Esta es la única posibilidad para tal situación.

Por qué los objetos tienen inercia es realmente una pregunta filosófica y no pretendo tener la respuesta, y de hecho creo que nadie tiene la respuesta. Newton pudo cuantificarlo y Einstein lo llevó más lejos al hacer el maravilloso descubrimiento de que la masa inercial era equivalente a la masa gravitacional.

Es posible que tengamos la respuesta sobre cuál es la causa de la inercia en algún momento del futuro. Fue hace unos 300 años cuando Newton formuló la ley de la gravitación universal. Luego, a principios del siglo XX, Einstein demostró con éxito cómo la curvatura del espacio-tiempo explica la aparente "masa que atrae a la masa" de Newton.

En realidad, no es necesario incluir la inercia para obtener una explicación intuitiva.

Imagina un astronauta en el espacio exterior. Está trabajando en la estación espacial desde el exterior, flotando en el espacio libre. Luego suelta su llave inglesa.

¿Qué esperarías intuitivamente que hiciera la llave? Esperarías que simplemente colgara allí, ¿verdad? Porque no hay fuerzas actuando sobre él. Solo cuando lo agarre de nuevo se moverá, ya que ahora aplica una fuerza de tracción en él.

Nuestra comprensión intuitiva es que las cosas no deberían comenzar a moverse a menos que una fuerza actúe sobre ellas. Esta es una de las ideas clave de la primera ley de Newton.

Ahora aférrese a esta comprensión intuitiva y llévela a su escenario de autobús. Una pelota está inmóvil en el suelo del autobús. Entonces el autobús acelera debido a que su motor lo obliga a avanzar. Pero nada está acelerando la pelota todavía.

Entonces, el autobús se mueve hacia adelante debajo de la pelota y no hay razón para esperar que la pelota se mueva, a menos que una fuerza tire de la pelota, eso es. Y tenemos una fuerza tirando de la pelota. Eso sería fricción.

Sin embargo, la fricción tira solo en el punto inferior, por lo que solo ese punto se acelera hacia adelante, no toda la bola. Debido a que ese punto está conectado a todos los demás puntos de la pelota, pero ligeramente fuera del centro de masa, empujar este punto más bajo hace que la pelota gire.

Y ahí lo tienes. Ninguna fuerza está empujando la pelota hacia atrás. El hecho de que parezca moverse hacia atrás es solo una ilusión, es más bien el autobús que se mueve hacia adelante debajo de él. Y el tirón hacia adelante en el punto más bajo hace que la pelota gire (ruede).

Eso es todo. No hay fuerza "generada" que se oponga a la aceleración de un objeto. El hecho de que el objeto resista la aceleración es el valor predeterminado intuitivo esperado, que luego se denominó inercia y se representa (en casos lineales) por lo que llamamos masa . Las fuerzas de inercia o fuerzas de Euler, que son nombres típicos de la "fuerza" aparente que empuja la pelota hacia atrás, son meras ilusiones y se inventaron para explicar el aparente empuje hacia atrás desde el marco de referencia no inercial. Las fuerzas centrífugas están en esta misma categoría, solo en el caso de movimiento circular. Desde un marco de inercia estas fuerzas no existen, son lo que se llama pseudo-fuerzas .

Usted menciona casos sin fricción y casos de fricción en la última oración de la pregunta. Tenga en cuenta que para un caso sin fricción, se aplica exactamente la misma explicación sin que la bola ruede o gire. La pelota simplemente permanecería donde está en el espacio sin verse influenciada por el hecho de que el autobús se mueve hacia adelante debajo de ella.

Porque la resistencia a rodar de la pelota es menor que la fuerza de aceleración transferida a la pelota desde el piso del autobús.

@ jose h

la inercia es una propiedad natural de la pelota y de todos los objetos materiales

Esto puede verse desde otra perspectiva. Hay usos confusos de masa en los que se puede interpretar como un comportamiento emergente (como la temperatura) o posiblemente fundamental, como su asociación con la partícula de Higgs. No está claro, al menos para mí, que entendamos qué es la masa y su manifestación como inercia, aunque usamos el concepto con éxito para describir la dinámica de los eventos.