Marco de referencia inercial

El marco de referencia inercial (ISO) es un marco de referencia en el que todos los cuerpos libres se mueven de forma rectilínea y uniforme o están en reposo [1] [2] . La existencia de sistemas que tienen esta propiedad está postulada por la primera ley de Newton . Una definición equivalente, conveniente para su uso en mecánica teórica , suena [3] : "Se llama marco de referencia inercial, en relación con el cual el espacio es homogéneo e isótropo , y el tiempo  es homogéneo ". Los hechos experimentales atestiguan la presencia de sistemas cercanos a ISO con una precisión convincente.

La segunda y tercera leyes de Newton, así como otros axiomas de la dinámica en la mecánica clásica, se formulan en relación con los marcos de referencia inerciales [4] . De acuerdo con el principio fuerte de equivalencia de las fuerzas gravitacionales e inerciales , los sistemas de coordenadas inerciales localmente elegidos apropiadamente también pertenecen a los marcos de referencia inerciales [5] .

El término "sistema inercial" ( en alemán:  Inertialsystem ) fue propuesto en 1885 por Ludwig Lange y significaba un sistema de coordenadas en el que las leyes de Newton son válidas . Tal como lo concibió Lange, este término reemplazaría el concepto de espacio absoluto , objeto de críticas devastadoras durante este período. Con el advenimiento de la teoría de la relatividad, el concepto se generalizó a "marco de referencia inercial".

Propiedades de los marcos de referencia inerciales

Cualquier marco de referencia que se mueva de manera uniforme, rectilínea y sin rotación con respecto a la IFR también es una IFR. Según el principio de la relatividad , todas las IFR son iguales y todas las leyes de la física son invariantes con respecto a la transición de una IFR a otra [6] . Esto significa que las manifestaciones de las leyes de la física en ellos tienen el mismo aspecto, y los registros de estas leyes tienen la misma forma en diferentes ISO.

La suposición de la existencia de al menos una IFR en un espacio isotrópico lleva a la conclusión de que existe un conjunto infinito de tales sistemas que se mueven entre sí de manera uniforme, rectilínea y traslacional con todas las velocidades posibles. Si existen IFR, entonces el espacio será homogéneo e isotrópico, y el tiempo será homogéneo; Según el teorema de Noether , la homogeneidad del espacio con respecto a los cambios dará lugar a la ley de conservación del momento , la isotropía conducirá a la conservación del momento angular y la homogeneidad del tiempo conservará la energía de un cuerpo en movimiento.

Si las velocidades del movimiento relativo de los IFR realizados por cuerpos reales pueden tomar cualquier valor, la conexión entre las coordenadas y los tiempos de cualquier "evento" en diferentes IFR se realiza mediante transformaciones de Galileo .

En la teoría de la relatividad especial , las velocidades del movimiento relativo de las IFR realizadas por cuerpos reales no pueden exceder una cierta velocidad final " c " (la velocidad de propagación de la luz en el vacío), y la conexión entre las coordenadas y los momentos temporales de cualquier "evento" en diferentes IFR se lleva a cabo mediante transformaciones de Lorentz [7] .

Conexión con sistemas de referencia reales

Los sistemas absolutamente inerciales son una abstracción matemática y no existen en la naturaleza. Sin embargo, existen sistemas de referencia en los que la aceleración relativa de cuerpos suficientemente distantes entre sí (medida por el efecto Doppler ) no supera los 10 −10 m/s², por ejemplo, el Sistema de Coordenadas Celestiales Internacionales en combinación con el Tiempo Dinámico Baricéntrico da un sistema en el que las aceleraciones relativas no superan los 1,5⋅10 −10 m/s² (al nivel de 1σ) [8] . La precisión de los experimentos sobre el análisis del tiempo de llegada de los pulsos de los púlsares, y próximamente de las mediciones astrométricas, es tal que en un futuro próximo se debería medir la aceleración del sistema solar a medida que se desplaza en el campo gravitatorio de la Galaxia, que es estimado en m/s² [9] .

Con diversos grados de precisión y dependiendo del área de uso, los sistemas inerciales pueden considerarse sistemas de referencia asociados a: la Tierra , el Sol , fijos con respecto a las estrellas.

Sistema de coordenadas inercial geocéntrico

El uso de la Tierra como ISO, a pesar de su carácter aproximado, está muy extendido en la navegación . El sistema de coordenadas inerciales, como parte de la ISO, se construye de acuerdo con el siguiente algoritmo. Como punto O, origen de coordenadas, se elige el centro de la tierra de acuerdo con su modelo aceptado. El eje z coincide con el eje de rotación de la tierra. Los ejes x e y están en el plano ecuatorial. Cabe señalar que dicho sistema no participa en la rotación de la Tierra.

Notas

1. ↑ Sivukhin D.V. Curso general de física. - M. , 2005. - T. I. Mecánica. - art. 71.
2. ↑ "El sistema de referencia se llama inercial , si en relación con él algún punto material libre de interacciones con otros objetos del Universo (aislado) se mueve de manera uniforme y rectilínea". Golubev Yu. F. Fundamentos de la mecánica teórica. - M. : MGU , 2000. - S. 156. - 720 p. — ISBN 5-211-04244-1 .
3. ↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. Mecánica. - 5ª edición, estereotipada. — M .: Fizmatlit , 2004. — 224 p. - (" Física Teórica ", Tomo I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
4. ↑ Markeev A.P. Mecánica teórica. - M. : CheRO, 1999. - S. 85. - 572 p.
5. ↑ Weinberg C. Gravedad y cosmología. - M.: Mir, 1975. - S. 81. - 696 p.
6. ↑ Sistema de referencia inercial // Kazajstán. Enciclopedia Nacional . - Almaty: Enciclopedias kazajas , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (Ruso) (CC POR SA 3.0)
7. ↑ Gran Enciclopedia Rusa  : [en 35 volúmenes]  / cap. edición Yu. S. Osipov . - M.  : Gran Enciclopedia Rusa, 2004-2017.
8. ↑ Nadia L. Zakamska y Scott Tremaine. Restricciones en la aceleración del sistema solar a partir de la sincronización de alta precisión  //  The Astronomical Journal. - 2005. - vol. 130 . - Pág. 1939-1950 . — ISSN 1538-3881 .
9. ↑ GAIA: Composición, Formación y Evolución de la Galaxia. Resultados del Estudio de Concepto y Tecnología. . Consultado el 3 de enero de 2010. Archivado desde el original el 9 de julio de 2009. (indefinido)

Véase también

• Fascinación por los marcos de referencia inerciales
• Derivada invariante con respecto al tiempo
• Marco de referencia no inercial

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En catálogos bibliográficos	TIERRA : 4161638-8