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Sistema di riferimento inerziale

Che cos'è un sistema di riferimento inerziale?

In fisica un sistema di riferimento è un sistema di coordinate apposito in cui studiare un fenomeno.

La tipologia di sistemi coordinati più comuni sono le coordinate cartesiane, le logaritmiche, le polari.

Un sistema di riferimento si dice inerziale se in tale sistema di coordinate risulta valido il primo principio della dinamica, ovvero che in assenza di forze esterne un corpo permane nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme.

Ora qualsiasi sistema di riferimento che si muove di moto rettilineo uniforme rispetto ad un altro sistema è anche esso di tipo inerziale.

Sistema di riferimento inerziale assoluto

La Terra può risultare con buona ed accettabile approssimazione un sistema di riferimento inerziale assoluto per esperimenti che coinvolgono velocità limitate ed estensioni trascurabili rispetto ad essa.

Tuttavia non rappresenta un sistema di riferimento inerziale assoluto in quanto la Terra ruota sia intorno al Sole sia attorno a sé stessa e pertanto ogni punto sulla sua superficie è soggetto ad accelerazione centripeta così come la Terra stessa.

Sebbene non evidenti nelle attività quotidiane di ogni giorno, il fatto che la superficie della Terra sia sottoposta ad accelerazione per via della rotazione del pianeta è verificata dagli esperimenti noti come il pendolo di Foucault e la forza di Coriolis.

Come sistema di riferimento inerziale assoluto si considerano le “stelle fisse” ovvero quei corpi celesti posti ad una distanza talmente elevata dalla Terra da potersi ritenere praticamente fermi nella sfera celeste.

Sistema di riferimento non inerziale

Un sistema non inerziale è un sistema di riferimento in cui non è verificato il principio di inerzia o primo principio della dinamica.

Tutti i sistemi che si muovono di moto accelerato rispetto al sistema di riferimento assoluto delle stelle fisse sono non inerziali.

In generale un sistema è non inerziale quando varia la sua velocità o eventualmente ruota, sottoposto quindi ad accelerazione nel primo caso o accelerazione centripeta nel secondo.

Facciamo l’esempio di un treno che sta viaggiando di moto rettilineo uniforme.

All’interno del treno è presente un tavolo con sopra poggiata una pallina.

Un osservatore esterno vede dunque la pallina viaggiare alla stessa velocità del treno, mentre un osservatore interno la vede ferma rispetto allo sistema di riferimento.

Dunque il treno in queste condizioni rappresenta un sistema di riferimento inerziale.

Consideriamo adesso sempre la stessa situazione del treno che sta procedendo a velocità costante ma che all’improvviso inizia a frenare.

Dunque il treno è sottoposto ad accelerazione negativa; la pallina inizierà a muoversi in avanti.

Per un osservatore esterno la pallina continua a procedere della stessa velocità che aveva il treno, ma per l’osservatore interno non vi è alcuna forza che spinge in avanti la pallina, mettendola in moto dallo stato di quiete in cui si trovava, violando in questo modo il primo principio della dinamica.

In queste condizioni il treno è un sistema di riferimento non inerziale.

Per salvare le leggi di inerzia l’osservatore interno fa dunque ricordo all’uso delle forze apparenti, dette così perché i loro effetti vengono sentiti solo per gli osservatori che si muovono di moto accelerato mentre non esistono per l’osservatore che rimane fermo.

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