Analicemos ahora otro movimiento rectilíneo.
Nos podemos imaginar a Galileo subido a la parte más alta de la torre inclinada de Pisa para dejar caer objetos de diferentes pesos hasta chocar con el suelo. Para la época en que Galileo realizó el experimento, el resultado fue sorprendente.
Dejados caer desde la misma altura, todos los objetos llegan al suelo al mismo tiempo independientemente de su peso. Esto significa que, en un mismo intervalo de tiempo durante la caída, objetos de diferentes pesos aumentan su rapidez en la misma cantidad. Ninguno se adelanta ni se atrasa.
Si los objetos que dejó caer Galileo hubieran estado encerrados en una caja, la caja misma hubiera aumentado su rapidez al mismo ritmo que los objetos y éstos estarían prácticamente “flotando” dentro de la caja mientras durara la caída.
Ahora imaginemos un elevador en reposo, sostenido por un cable a una altura considerable del suelo. En el interior se encuentra una persona que sostiene una pelota en la mano. La persona siente el peso de la pelota y la persona está pegada al piso del elevador debido a su peso. Si la persona estuviera parada encima de una báscula, ésta marcaría cuánto pesa la persona.
Reflexiona y responde las siguientes preguntas.
Si en determinado momento se rompe el cable que sostiene al elevador, todo se mueve en caída libre, como si Galileo los hubiera dejado caer desde lo alto de la torre de Pisa, mientras el elevador va cayendo, ¿cómo cambia la lectura de la báscula?
Ingresa al siguiente vídeo:
Analicemos
Caso I: la caja del elevador, la persona y la pelota empiezan a descender de manera que su velocidad va aumentando igual para todos. Si la caja lleva 1m/s, también la persona y la pelota llevan \[1 \ \frac{m}{s}\], cuando la caja lleve \[5 \ \frac{m}{s}\], también la persona y la pelota llevan \[5 \ \frac{m}{s}\], cuando la caja lleve \[11 \ \frac{m}{s}\], también la persona y la pelota llevan \[11 \ \frac{m}{s}\], etc., todo esto medido por un observador en un sistema de referencia fijo en la Tierra.
Caso II: para la persona en el interior su único suelo es el piso del elevador. Al caer, ya no siente ni su propio peso ni el peso de la pelota. Ni él está pegado al piso ni la pelota está pegada a su mano. Si antes de romperse el cable estuviera parado encima de la báscula de baño, en el momento de la ruptura la báscula marcaría cero. La persona pensaría que milagrosamente, alguien bajó el “switch” y “apagó la gravedad”. la persona puede retirar la mano que sostenía a la pelota y esta se queda en reposo. Más aún, si le proporciona un pequeño impulso, es decir, si le da un “empujoncito”, la pelota termina moviéndose en línea recta y con rapidez constante. El interior de un elevador en caída libre es un perfecto sistema de referencia inercial local.
La misma situación del elevador en caída libre puede sustituirse por un astronauta que realiza experimentos locales dentro de una estación espacial en órbita alrededor de la Tierra. La estación está en caída libre sin chocar con el suelo. Si en su estado de caída libre perpetua cuenta con un sistema rígido de reglas y relojes que no rotan con respecto a las estrellas fijas, estos últimos servirían para establecer localmente un sistema de referencia inercia. En este caso, tanto los objetos más cercanos como los astronautas experimentan un estado de “ingravidez”.
Este estado no significa que no haya fuerzas gravitacionales actuando, lo que sucede es que todos los objetos en el interior y la propia estación están sujetos a la misma aceleración gravitacional. Cuando menos las leyes de Newton funcionan perfectamente en el interior de la estación espacial cuando no rota con respecto a las estrellas fijas.
Un sistema de referencia no inercial es aquel que no mantiene una velocidad constante, es decir, que su velocidad varía ya sea en magnitud, en dirección o ambas, por lo que está acelerado. Se debe tomar en cuenta que el hecho de que la Tierra gire sobre su eje y orbite alrededor del Sol conduce a considerarla como un sistema de referencia no inercial.
Un vehículo en general constituye un sistema de referencia acelerado: su velocidad cambia continuamente tanto en magnitud como en dirección. Esta aceleración del sistema de referencia produce profundos cambios en la observación de procesos físicos. Para el observador acelerado aparecen fuerzas nuevas conocidas como: fuerzas ficticias, pseudofuerzas o “fuerzas inerciales”. La aplicación de las leyes de Newton en sistemas no inerciales obliga a incluir términos de las fuerzas inerciales que están relacionados con la aceleración de los sistemas.
La Fuerza Centrífuga, aparece en un sistema de referencia en rotación que es un sistema acelerado y por tanto un sistema no inercial. No está provocada por un agente como la masa de un cuerpo y no tiene contraparte en una interacción. Por tanto, no puede ser una “fuerza real”. Por eso se considera una fuerza ficticia o fuerza inercial con una naturaleza distinta a la fuerza de gravedad, la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares. Sin embargo, la fuerza centrífuga es muy real para un observador en un sistema de referencia que está rotando. Como la fuerza de gravedad, que siempre está presente en la superficie de la Tierra, la fuerza centrífuga siempre está presente en un sistema que rota.
Actividad H5P
Te invitamos a contestar el siguiente ejercicio: