¿Qué hace que los marcos de referencia inerciales (IRF) sean especiales? Específicamente:
En mi primer curso de física (hace mucho tiempo), cuando se introdujeron las fuerzas no inerciales, alguien comentó que podíamos describir todos los fenómenos físicos sin usar las IRF. Luego se retomó el tema en el curso de filosofía, donde discutimos cuánto de la física era real y qué era invención humana (sistema heliocéntrico versus geocéntrico en este caso, aunque mi elección en ese momento fue partículas fundamentales versus cuasipartículas en estado sólido). .) Nunca lo pensé mucho hasta hace poco, en relación con esta pregunta , pidiendo delinear fuerzas ficticias y no ficticias . Aunque se han dado muchos argumentos, la mayoría de ellos parecen basarse implícitamente en la primacía de las IRF:
Creo que es simplemente una cuestión de conveniencia computacional, que es lo que dices. Se puede usar cualquier tipo de marco de referencia, solo que algunas formas hacen que los cálculos sean más sencillos. Por ejemplo, si está tratando de resolver un problema que tiene simetría esférica, digamos, podría tener sentido adoptar un marco de referencia con coordenadas polares.
La razón por la que los marcos inerciales son tan útiles es que las ecuaciones de la física comúnmente utilizadas toman una forma más simple en ellos que en los marcos aceleradores.
No tengo una respuesta y admito que aún no he leído completamente en detalle todas las respuestas y comentarios en esta pregunta , pero me sorprende que aún no se haya mencionado el principio de Mach del que Einstein era un gran admirador.
En resumen: E. Mach era de la opinión de que solo cuando existen otras masas en el universo (estrellas fijas) un acelerómetro en movimiento puede medir una fuerza.
Para nosotros hoy, esto parece una declaración cruda. Pero por favor considere esto:
VI Arnold escribe en las páginas 3-4 de su libro sobre mecánica clásica:
"Principio de relatividad de Galileo:
Existen sistemas de coordenadas (llamados inerciales) que poseen las siguientes dos propiedades.
En otras palabras, si un sistema de coordenadas unido a la tierra es inercial, entonces un experimentador en un tren que se mueve uniformemente en línea recta con respecto a la tierra no puede detectar el movimiento del tren mediante experimentos realizados completamente dentro de su vagón.
En realidad, el sistema de coordenadas asociado con la tierra es solo aproximadamente inercial. Los sistemas de coordenadas asociados con el sol, las estrellas, etc. son casi inerciales".
Es la última oración de Arnold la que indica la fuerte conexión con las ideas de Mach. También deduzco de esto que Arnold probablemente no quería intentar dar una definición formal de un sistema inercial ya que su formulación en 1. y 2. es obviamente circular.
Como dije: no hay una respuesta satisfactoria a la pregunta de qué "es" un sistema inercial. Se reduce a tomar el marco que sea más conveniente para hacer cálculos en total acuerdo con la respuesta anterior de Marco Ocram aquí.
Una última observación: el principio de Mach del enlace anterior trae el papel
V.Putz, Una teoría de la inercia basada en el principio de Mach.
Puede ser el punto de partida para encontrar más referencias, esp. de HJTreder que escribió el libro "La relatividad de la inercia" (1972). Desafortunadamente no tengo ni la traducción al inglés de eso, ni la edición original en alemán.
Los marcos inerciales son especiales porque no tienen nada especial : no están definidos con respecto a la dinámica de ningún objeto específico (tomo 'objeto' como sinónimo de 'sistema' aquí).
Los marcos no inerciales necesitan una referencia a un sistema físico específico que los ancle conceptualmente mientras que, como dice el artículo de wikipedia en sus primeras líneas, "Conceptualmente, la física de un sistema en un marco inercial no tiene causas externas al sistema".
En una perspectiva relacional, los marcos inerciales están anclados a objetos que no están en relación con otros objetos, por lo que no está definido si estos objetos están haciendo algo ("moviéndose") o no.
En un marco acelerado, está claro que un objeto que mantiene las mismas coordenadas está acelerando. En un marco inercial, es una cuestión de convención decidir si un objeto que mantiene las mismas coordenadas se mueve o no; dentro de la especificación del marco en sí, no existe una referencia para notar la diferencia.
Usar marcos de referencia inerciales es una cuestión de conveniencia computacional, pero en principio podríamos construir física sin usarlos.
No solo podríamos construir física sin marcos inerciales en principio, sino que ya lo hemos hecho. Cualquier ley de la física que pueda expresarse en términos de tensores es independiente del marco de referencia. Se puede utilizar la misma ley, sin modificaciones, independientemente de las coordenadas/marcos. Actualmente, todas las leyes fundamentales conocidas de la física se pueden expresar en términos de tensores.
Tenga en cuenta que, aunque podemos formular la física completamente sin marcos de referencia, generalmente los usaremos. Pero somos libres de elegir las coordenadas convenientes para cada problema dado, que a menudo no serán coordenadas inerciales. Con tensores nunca necesitamos adaptar las leyes de la física. Utilizar cualquier marco, inercial o no, se ve así como una cuestión de conveniencia, aunque es una conveniencia de la que prácticamente nunca prescindimos para analizar un escenario concreto.
Además, con este marco puedes aprender muchos principios generales sin ningún marco de referencia. Una es que hay un sentido completamente independiente del marco de un objeto no acelerado y un sentido de aceleración independiente del marco. Esto se modela matemáticamente usando geodésicas y se mide experimentalmente usando acelerómetros. En este marco independiente del marco, solo existen fuerzas reales y las fuerzas ficticias ni siquiera pueden surgir. Por lo tanto, la distinción entre fuerzas reales y ficticias es clara y solo quedan fuerzas reales cuando prescindimos de los marcos de referencia.
El acelerómetro responderá solo a una fuerza real; es decir, un acelerómetro es un sensor para los IRF, pero esto no significa que sean especiales; se podría diseñar un sensor diferente.
Esto es realmente incorrecto. No se puede diseñar un sensor que detecte fuerzas ficticias. Solo las fuerzas reales pueden detectarse experimentalmente.
Esto se puede ver claramente por el hecho de que el resultado de cualquier sensor en cualquier experimento será el mismo independientemente de si lo analiza desde un marco inercial sin fuerzas ficticias o desde un marco no inercial con fuerzas ficticias. Dado que cualquier medición tiene el mismo resultado independientemente del marco y de las fuerzas ficticias, no hay ningún sensor que pueda detectar fuerzas ficticias. Esto se refleja aún más en el hecho de que solo las fuerzas reales producen aceleración en ese sentido completamente independiente del marco anterior, que se describe matemáticamente usando desviaciones de las geodésicas y se mide experimentalmente usando acelerómetros.
Jasén
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alefcero
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