Relatività galileiana

Ascensori

Una valigia è posta su una bilancia a molla sul pavimento di un ascensore fermo. La bilancia (tarata in newton) segnala un peso di 30 N. L'ascensore accelera verso l'alto. Solo durante l'accelerazione la bilancia segnala un peso un pò superiore a 30 N. Come mai?

Abbiamo due modi di osservare la valigia:

ascensore1 (31K)

Sistema di riferimento: Terra

Sulla valigia agiscono la forza peso P verso il basso e la reazione normale N verso l'alto.

Rispetto alla Terra (riferimento inerziale) la valigia (con tutto quel che c'è nell'ascensore) accelera verso l'alto, quindi la risultante delle forze sulla valigia deve essere diretta verso l'alto.

Poiché il peso della valigia non varia (perché dipende dal campo gravitazionale terrestre), significa che la reazione normale del pavimento è maggiore del peso.

E' evidente che le forze P e N non costituiscono una coppia azione-reazione!

La valigia, per il principio d'inerzia, tende a mantenere il proprio stato di quiete nonostante l'accelerazione verso l'alto dell'ascensore e preme sulla bilancia con una forza maggiore del suo peso (questa forza non è rappresentata nel diagramma perché applicata alla bilancia).
La bilancia risponde con la reazione normale N che è quella che leggiamo e così sembra che la valigia abbia aumentato il suo peso.

ascensore2 (31K)

Sistema di riferimento: ascensore

La valigia è in quiete rispetto all'ascensore, ma la risultante della forza peso P e della reazione normale N non è nulla.
Questo, infatti, è un riferimento non inerziale in cui non vale il principio d'inerzia.

Per continuare ad usare le leggi della dinamica introduciamo una forza fittizia I (o apparente o inerziale) verso il basso che renda nulla la risultante delle forze sulla valigia.
Queste forze vengono introdotte solo nei riferimenti non inerziali.

La forza peso P è dovuta all'interazione valigia-Terra, la forza N all'interazione valigia-pavimento, ma a chi è dovuta la forza supplementare I?
Essa non deriva dall'interazione della valigia con un altro corpo, ma dal fatto che ci troviamo in un riferimento accelerato.

Questa forza inerziale (reale e misurabile) si sente in modo molto evidente quando il riferimento accelera violentemente: si pensi alla partenza di un razzo o a certe attrazioni dei parchi di divertimento.

In un riferimento inerziale non esistono forze inerziali: tutte le forze dipendono solo dall'interazione di due corpi.

Immagina che l'ascensore acceleri verso il basso. Come variano la forza peso P e la reazione N?

il peso P e la rezione N valgono 30 N
il peso P è maggiore di 30 N
il peso P è minore di 30 N
la reazione N è maggiore di 30 N
la reazione N è minore di 30 N