Unidad 2 · Tema 07

Sistemas de referencia inerciales

Las leyes de Newton requieren declarar desde qué marco se describen posiciones, velocidades y aceleraciones.

Unidad 2Marcos inercialesAbrir navegación

Concepto 01

Qué es un marco inercial

Esencial Lo mínimo que debes conservar

Un marco inercial es uno donde las leyes de Newton tienen su forma estándar y un sistema sin fuerza neta conserva velocidad constante.

ComprendeInterpreta y conecta

La primera ley funciona como criterio conceptual: si objetos libres muestran aceleraciones comunes no explicadas por interacciones, el marco puede no ser inercial.

ProfundizaFormulación y condiciones

La clasificación del marco no depende del objeto particular; debe servir consistentemente para describir sistemas mecánicos en la región estudiada.

ExploraConexiones para continuar

Ningún laboratorio cotidiano es perfectamente inercial, pero muchos pueden aproximarse como tales dentro de una precisión y duración definidas.

Concepto 02

Marcos con velocidad relativa constante

Esencial Lo mínimo que debes conservar

Dos marcos con velocidad relativa constante miden velocidades distintas, pero la misma aceleración en la transformación galileana.

ComprendeInterpreta y conecta

Si S' se mueve con velocidad constante V respecto a S, entonces r→′=r→−V→t \vec r'=\vec r-\vec Vt y v→′=v→−V→ \vec v'=\vec v-\vec V .

ProfundizaFormulación y condiciones

Al derivar una velocidad relativa constante, a→′=a→ \vec a'=\vec a . Por eso ambos marcos conservan la forma de la segunda ley para la misma masa y fuerzas físicas.

ExploraConexiones para continuar

Esta invariancia conecta con la velocidad relativa de Unidad 1 y define una familia de marcos inerciales clásicos.

Relación matemática

Transformación galileana de posición

r→′=r→−V→t \vec r'=\vec r-\vec Vt
Representa

La posición en S' cuando S' se mueve con velocidad constante V⃗ respecto a S.

Interpretación física

Los observadores asignan posiciones diferentes al mismo evento.

ProfundizaVariables, condiciones y comprobaciones

Variables

r⃗
posición medida en S; unidad habitual: m
r⃗'
posición medida en S'; unidad habitual: m
V⃗
velocidad de S' respecto a S; unidad habitual: m/s
t
tiempo común clásico; unidad habitual: s

Condiciones de aplicación

  • Los orígenes coinciden en t = 0.
  • V⃗ es constante.

Comprobación dimensional

Cada término tiene dimensión de longitud.

Relación matemática

Transformación galileana de velocidad

v→′=v→−V→ \vec v'=\vec v-\vec V
Representa

La velocidad medida desde un marco que se traslada con velocidad constante V⃗.

Interpretación física

Las velocidades dependen del marco aunque ambos marcos sean inerciales.

ProfundizaVariables, condiciones y comprobaciones

Variables

v⃗
velocidad medida en S; unidad habitual: m/s
v⃗'
velocidad medida en S'; unidad habitual: m/s
V⃗
velocidad de S' respecto a S; unidad habitual: m/s

Condiciones de aplicación

  • V⃗ es constante y se usa tiempo común clásico.

Comprobación dimensional

Cada término tiene dimensión L/T.

Relación matemática

Invariancia galileana de la aceleración

a→′=a→ \vec a'=\vec a
Representa

La misma aceleración medida por marcos con velocidad relativa constante.

Interpretación física

La forma de la segunda ley se conserva entre marcos inerciales galileanos.

ProfundizaVariables, condiciones y comprobaciones

Variables

a⃗
aceleración medida en S; unidad habitual: ms² m/s^2
a⃗'
aceleración medida en S'; unidad habitual: ms² m/s^2

Condiciones de aplicación

  • La velocidad relativa V⃗ entre marcos es constante.

Comprobación dimensional

Ambos lados tienen dimensión L/T².

Errores que evita

  • Aplicarla entre marcos con aceleración relativa.
Dos sistemas de ejes paralelos muestran que S prima se mueve hacia la derecha con velocidad constante V respecto a S.V constanteSS′a′ = a

Los marcos S y S' se trasladan con velocidad relativa constante V. Comparan velocidades distintas, pero la misma aceleración.

Concepto 03

Marcos no inerciales

Esencial Lo mínimo que debes conservar

Un marco acelerado no es inercial. Desde él, un objeto libre puede parecer acelerado sin una interacción externa correspondiente.

ComprendeInterpreta y conecta

En un automóvil que acelera, los pasajeros parecen desplazarse hacia atrás respecto al vehículo aunque su inercia tiende a conservar el movimiento previo.

ProfundizaFormulación y condiciones

Para usar una ecuación con forma newtoniana dentro del marco acelerado suelen introducirse fuerzas inerciales o aparentes, que no representan una interacción ordinaria con un agente.

ExploraConexiones para continuar

La Tierra rota y orbita, pero para muchos problemas introductorios puede aproximarse como marco inercial. Efectos como Coriolis requieren otro nivel de análisis.

Dos sistemas de ejes paralelos muestran que S prima se mueve hacia la derecha con velocidad constante V respecto a S.V constanteSS′a′ = a

Los marcos S y S' se trasladan con velocidad relativa constante V. Comparan velocidades distintas, pero la misma aceleración.

Revisión conceptual

Errores frecuentes

Cada advertencia incluye una forma concreta de revisar el razonamiento, no solo una marca de respuesta incorrecta.

Aplicar la forma estándar de Newton desde un marco acelerado sin reconocerlo.

Comprueba el marco con la primera ley o analiza desde un marco inercial antes de introducir fuerzas aparentes.