¿Todos los marcos de referencia son inerciales? ¿Dónde está la falla en el razonamiento?

Esta es mi primera publicación acá. Tengo una línea de pensamientos que podría estar equivocada, pero no pude encontrar el error.

Supongamos que tenemos una masa puntual sujeta a una fuerza arbitraria F . En el marco de referencia del laboratorio lo vemos acelerando. En el marco de referencia donde la masa está en reposo vemos la masa en reposo. En este marco no vemos ninguna fuerza por lo que se respeta la primera ley de la dinámica. Debemos concluir que este es un marco de referencia inercial y por lo tanto cada vez que me pongo en tal marco de referencia siempre estoy en uno inercial.

Esto es claramente incorrecto ya que el marco de referencia se acelera con respecto al marco de referencia del laboratorio y, por lo tanto, no puede ser inercial.

¿Dónde está el defecto?

No estoy seguro de entender el problema; para ver la masa como estacionaria, debes estar acelerándote, lo cual no es algo que puedas ignorar. Y una vez que lo explicas, todo tiene sentido...
Las leyes de Newton solo son válidas en sistemas inerciales. En el sistema con su masa aceleradora, simplemente podría soltar una pequeña masa de prueba y mágicamente aceleraría alejándose de usted (¡también sin fuerzas externas!). Inmediatamente sabría que no está en un sistema de descanso. Mira a tu alrededor... ¿ves alguna física del sistema inercial? No. Bueno... tal vez estés viviendo en la ISS, ahora mismo, y lo hagas, pero ¿cuáles son las posibilidades de que un astronauta en la ISS tenga esa pregunta sobre los sistemas inerciales?
@tfb y CuriousOne, ¿entonces esa es la única forma de entender que no estoy en un marco inercial? ¿Realizando un experimento? mentales o prácticos.
@Angeloferrari Sí: la física es una ciencia experimental, por lo que solo descubres algo haciendo experimentos (perdón si parece condescendiente: no debe ser así: es un punto realmente importante que es fácil de olvidar).
@tfb bueno, no suena condescendiente. Gracias por su ayuda. No creo que se pueda definir ninguna ciencia de una manera diferente a la experimental. No sería ciencia si no lo fuera. A menos que uses la palabra ciencia en ese sentido amplio que la usan hoy en día, lo que le da el estatus de ciencia a cosas como las ciencias sociales o religiosas.
@Angeloferrari Bueno, nunca estoy seguro de si las matemáticas son una ciencia (supongo que no lo es), pero estoy de acuerdo.
No estoy de acuerdo con la edición de mi publicación original. Además de los errores gramaticales por los que me disculpo, dije "mi línea de pensamiento debe estar equivocada". Se ha corregido con "puede estar equivocado". Simplemente no estoy de acuerdo con eso ya que mi línea de pensamiento tenía que estar equivocada.
@Angeloferrari: Tienes razón. Las ediciones realizadas por otros usuarios no deben alterar el significado de sus palabras. Pero podría haber sido involuntario: el proceso de edición requiere que las ediciones tengan al menos 6 caracteres; se podría haber realizado un cambio aparentemente inocuo para aumentar el número de caracteres.

Respuestas (2)

La falla es que no ha podido hacer un experimento que le diga si el marco es inercial o no. Si realiza un experimento de este tipo, por ejemplo, tome una masa de prueba, inicialmente en reposo con respecto al marco, suéltela y vea si permanece en reposo, descubrirá inmediatamente que el marco no es inercial.

El error es su suposición de que

En este marco [de aceleración] no vemos ninguna fuerza, por lo que se respeta la primera ley de la dinámica.

En el marco de referencia de aceleración, sí ve evidencia de una fuerza, aunque no ve el efecto que espera (aceleración del objeto).

Como un observador parado en la superficie de la Tierra, sobre el que actúa el campo gravitatorio de la Tierra, el objeto experimenta el empuje de una fuerza de contacto, por ejemplo, desde el suelo. O si el objeto gira en un círculo en el extremo de una cuerda, experimenta un tirón de la cuerda. Si el objeto es elástico habrá alguna deformación (contracción, elongación, cambio de forma), lo que indica que está actuando una fuerza.

Como señalan tbf y CuriousOne, también podría realizar activamente un experimento para probar si está en un marco inercial, en lugar de observar pasivamente. EG suelte una masa de prueba, o pésela.

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