¿Existe algún verdadero marco de referencia inercial en el universo?

Cuando solicita un marco de referencia inercial "perfecto" o "verdadero", está solicitando algo que no se puede responder en física. La perfección solo es posible en matemáticas, no en física.

Entonces, en física, lo que se puede preguntar es si un marco de referencia dado es o no un marco inercial con un cierto nivel de precisión. La superficie de la tierra no es un marco inercial debido al campo gravitatorio de la tierra, no porque la tierra se mueva alrededor del sol y el sol se mueva alrededor de la galaxia. Pero si considera el movimiento solo en un plano horizontal en la superficie de la tierra y si solo está haciendo los típicos experimentos de física de la escuela secundaria, la tierra es un marco de referencia inercial en lo que respecta a la precisión de las mediciones realizadas. Si realiza mediciones más precisas, entonces no sería un marco de referencia inercial aceptable.

Considere un satélite en órbita alrededor de la tierra y examine un volumen relativamente pequeño cerca del centro de masa del satélite. Ese pequeño volumen durante un período de tiempo adecuadamente pequeño será un marco de referencia inercial con un nivel muy alto de precisión. Por ejemplo, dos masas pequeñas que están a 1 pulgada de distancia (radialmente) en órbita alrededor de la Tierra y que comienzan "exactamente" en reposo entre sí, en un período de tiempo de 10 segundos llegarán a tener una velocidad relativa de 0,006 pulgadas/segundo. debido a las diferencias en la velocidad orbital de dos órbitas que difieren en 1 pulgada. Por lo tanto, depende del nivel de precisión necesario para un experimento que desee realizar en un marco de referencia inercial.

Para obtener un marco de referencia que sea inercial con mayor precisión, sería necesario estar orbitando mucho más lejos de todos los objetos gravitantes. Por lo tanto, se trata del nivel de precisión que requiere del marco de referencia inercial.

La respuesta a tu pregunta es no. No existe un marco de referencia inercial newtoniano exacto en el universo. (Y, por cierto, no es cierto que los físicos expertos afirmen que el marco de la Tierra es exactamente inercial en el sentido newtoniano).

En la mecánica newtoniana, un marco inercial es aquel en el que se cumple la segunda ley de Newton para una partícula de prueba, sin necesidad de introducir fuerzas ficticias. Supongamos que observamos que una partícula de prueba tiene una aceleración$a$en un marco determinado. Para determinar si está obedeciendo la segunda ley, necesitamos encontrar la suma$F$todas las fuerzas que actúan sobre él. Esta suma incluye las fuerzas gravitatorias de todos los objetos, sin importar cuán distantes estén. Una vez que hemos determinado$a$y$F$, podemos decir si se cumple la segunda ley, y si no, siempre podemos determinar un marco en el que se habría cumplido.

Pero esto supone que podemos determinar$F$. A medida que tengamos en cuenta la materia cada vez más lejana, la suma se asentará con bastante rapidez. Al truncar la suma a cierta distancia$r$, esperamos que el error en$F$probablemente se encogerá como un poder de$r$. Pero para definir un marco newtoniano exacto , tendríamos que tomar el límite como$r\rightarrow\infty$. El problema es que más allá de cierta escala de longitud, la propia mecánica newtoniana comienza a convertirse en una aproximación cada vez más pobre. Seguramente habrá valores de$r$como, digamos, un millón de años luz, para los cuales la mecánica newtoniana es una muy buena aproximación, y podemos obtener una muy buena aproximación a un marco inercial, pero nunca podemos tener un marco inercial perfecto.

Tenga en cuenta que en la relatividad general, simplemente definimos un marco inercial como el marco de una partícula en caída libre, que es mucho más simple de verificar: se puede verificar localmente.

Vale, te has confundido un poco. La Tierra es aproximadamente inercial, no exactamente. Cuando hacemos un experimento en el laboratorio, lo tratamos como un marco inercial porque es casi uno. En realidad, existe la gravedad, pero un experimento en dos dimensiones sobre una mesa puede ignorarla, y un experimento con partículas ligeras o muy ligeras también puede ignorarla porque es muy pequeña. Lo mismo ocurre con la fuerza centrífuga de rotación causada por el giro de la Tierra, la órbita de la Tierra alrededor del sol, la atracción de la luna, la atracción del sol, la atracción de júpiter, etc.

Sí. La Tierra no es un marco inercial, pero lo hacemos inercial al incluir fuerzas adicionales para que podamos escribir las Leyes de Newton. Estas se llaman "fuerzas ficticias" por razones obvias y puedes leer sobre ellas en Wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Fictitious_force . Es posible que ya haya oído hablar del efecto Coriolis, que es una de las [tres] fuerzas adicionales, debido al giro/movimiento de la Tierra.

Wiki escribe: "En la relatividad general, un marco de referencia inercial es solo una aproximación que se aplica en una región que es lo suficientemente pequeña como para que la curvatura del espacio sea insignificante". - dado que la fuerza de la gravedad es infinita (y un marco de todos modos debe estar referenciado a un objeto (con masa)), no hay un marco de referencia realmente verdadero en ninguna parte. La tierra es una buena aproximación cotidiana a pequeña escala (edificios y más pequeños). Las estrellas fijas ( http://en.wikipedia.org/wiki/Fixed_stars ) son muy buenas aproximaciones.

Para una porción de atmósfera (o cualquier objeto) que se mueve en el marco de referencia de la Tierra con velocidad constante, otra fuerza ficticia, la fuerza de Coriolis, aparece en la ecuación de movimiento.

0 = (omega * (omega*r))fuerza centrífuga - (2omega*v)Fuerza de Coriolis - ((1/densidad)*∇presión) gradiente de presión + (g)gravedad + (v(∇^2*v)) Fuerza de fricción)

Y esto es diferente de la ecuación del marco inercial que es

Omega * (omega*r) = - ((1/densidad)*∇presión) gradiente de presión + (g)gravedad + (v(∇^2*v)) fuerza de fricción)

la tierra es un marco de referencia inercial en la medida en que los experimentos que se realizan son ambos en la tierra, pero en realidad no decir nada es un marco de referencia inercial porque la tierra gira sobre su eje, por lo que hay una aceleración en ella. pero en la medida en que nuestros experimentos son preocupado es inercial