Seminario Temas Específicos de Física STEF-2015

Prof. Ing. Cecilia I. Ariagno

Unidad Nº2: Materia y Energía

Clase 4: Sistemas de referencias. Principio de Relatividad de

GALILEO GALILEI. Fuerzas y movimiento a.- Sistemas de referencias. Principio de Relatividad de GALILEO GALILEI

Por extraño que pueda parecer, en la Teoría de la Relatividad Especial enunciada por Einstein el primer enunciado “Principio de Relatividad” se remonta a los trabajos de Galileo Galilei (1564-164), quien basándose en los resultados de sus observaciones, en 1632 escribía en su obra Diálogos sobre los dos máximos sistemas del mundo:

“Encerraos con un amigo en la cabina principal bajo la cubierta de un barco grande, y llevad con vosotros moscas, mariposas, y otros pequeños animales voladores… colgad una botella que se vacíe gota a gota en un amplio recipiente colocado por debajo de la misma… haced que el barco vaya con la velocidad que queráis, siempre que el movimiento sea uniforme y no haya fluctuaciones en un sentido u otro…. Las gotas caerán… en el recipiente inferior sin desviarse a la popa, aunque el barco haya avanzado mientras las gotas están en el aire… las mariposas y las moscas seguirán su vuelo por igual hacia cada lado, y no sucederá que se concentren en la popa, como si cansaran de seguir el curso del barco…”|Galileo Galilei

Lo que Galileo afirma es que, mientras el movimiento del barco sea uniforme (es decir, su velocidad respecto a tierra sea constante), los resultados de los experimentos realizados en el barco deberían coincidir con los de aquellos realizados en tierra firme.

Supongamos ahora que tenemos un conjunto de “leyes” que nos permiten describir los fenómenos físicos, y predecir resultados de experimentos. Si es cierta la afirmación de Galileo entonces estas leyes deben ser las mismas en Tierra y sobre el barco, puesto que las descripciones y predicciones han de coincidir. Podemos utilizar esta idea para convertir la observación de Galileo en un principio general (principio de relatividad): Las leyes que describen los fenómenos físicos son las mismas para todos los observadores en movimiento relativo uniforme.

En la bibliografía adjunta a esta clase encontrarán material teórico que amplia estos conceptos. Si lo consideran necesario pueden consultar cualquier otro material adecuado.

Tarea 1: a) Algunos autores expresan el “Principio de relatividad de Galileo”, con la siguiente frase:“Dos sistemas de referencia en movimiento relativo de traslación rectilínea uniforme son equivalentes desde el punto de vista mecánico; es decir, los experimentos mecánicos se desarrollan de igual manera en ambos, y las leyes de la mecánica son las mismas.’¿Por qué se plantea que los sistemas de referencia tengan un movimiento relativo de traslación rectilínea uniforme para poder aplicar el Principio de relatividad de Galileo? b) ¿Qué se tiene que cumplir para que aparezcan fuerzas inerciales? Menciona las características de los sistemas de referencia inerciales. Interprétala a partir de los conceptos desarrollados en el texto.

c) ¿Por qué se dice que el Principio de relatividad de los sistemas inerciales choca en un principio con el sentido común? Da ejemplos que se pudieran interpretar sencillamente.

d) Un ejemplo interesante y cotidiano del “Principio de relatividad de Galileo” lo ofrece la lluvia. Asumamos que está lloviendo y no hay viento. Para un observador “en reposo” la lluvia cae verticalmente, mientras que para un observador en movimiento con velocidad constante las trayectorias de las gotas de agua son rectas inclinadas. ¿Cómo ocurre esto?

e) “El hecho de que nunca se detecte el movimiento de la Tierra en la experiencia cotidiana, es justamente por el Principio de relatividad de Galileo” Explica esta afirmación a la luz de la lectura propuesta. ¿Cómo puede ser esto cuando sabemos que la Tierra No es un sistema inercial?

b.- Fuerzas y movimientos. Principios de la Dinámica La mecánica Newtoniana se desarrolla, entre otras, a partir de las siguientes suposiciones:

1. El espacio es euclídeo. Medimos distancias con independencia del observador

y del tiempo.

2. La distancia es universal. Invariable. Es espacio absoluto.

3. El tiempo es universal. Todos los observadores miden el mismo intervalo de

tiempo con independencia de su posición o movimiento.

Tarea 2: En un manual de Física aparece el siguiente cuadro comparativo:

Sistemas de referencia Inercial Sistemas de referencia NO Inercial

Se cumple la primera ley de Newton o principio de Inercia.

NO se cumple la primera ley de Newton o principio de Inercia.

Las únicas fuerzas que causan variaciones en los movimientos son fuerzas reales, es decir fuerzas que cumplen la tercera ley de Newton.

Aparecen fuerzas ficticias, caracterizadas por no tener reacción, es decir, por no cumplir la 3º ley de Newton.

Todos los sistemas inerciales están en reposo o en MRU respecto a otros sistemas inerciales.

Todos los sistemas No inerciales están acelerados respecto a cualquier sistema inercial.

Analiza los criterios que se han considerado para hacer las comparaciones y saca conclusiones.

Nota: las tareas no se envían, son guías para revisar/profundizar la lectura presentada. Algunas de estas formarán parte del TP Nº 1.