Relatività galileiana

Principio di relatività galieiano

Ricordiamo il primo principio della Dinamica di Newton:

Axiomata sive Leges Motus Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a viribus impressis cogitur statum illum mutare. Prima legge della dinamica: Ogni corpo persevera nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, se qualche forza ad esso applicata non lo costringe a mutarlo.

Questo principio, detto anche principio d'inerzia ha anche un'altra formulazione:

Se la forza che agisce su un corpo è nulla è possibile individuare un sistema di riferimento rispetto nel quale il corpo non subisce accelerazioni. Questo sistema di riferimento si dice inerziale.
treno (5K)
Un treno corre su un rettilineo a velocità costante. All'interno del treno c'è una valigia appoggiata sul portapacchi. Descrivi il moto della valigia rispetto al riferimento del treno e rispetto a quello dei binari.
  1. Nel riferimento del treno la valigia è in quiete.
  2. Nel riferimento dei binari la valigia si muove di moto rettilineo uniforme.

Nei due sistemi di riferimento individuati (uno in moto uniforme rispetto all'altro), la somma delle forze che agiscono sulla valigia è nulla e anche l'accelerazione della valigia è nulla: i due riferimenti sono inerziali, cioè in essi è valido il principio di inerzia. Qualsiasi altro riferimento in moto uniforme rispetto a questi costituisce un riferimento inerziale. Tutti i riferimenti inerziali sono equivalenti per la descrizione del moto.

Principio di relatività galileiano:

Non esiste un riferimento privilegiato, le leggi del moto sono le stesse in ogni riferimento inerziale.

Quando, allora, un sistema di riferimento è non inerziale?

La valigia del quesito precedente è ancora sul portapacchi all'interno del treno. Il treno ora fa una frenata improvvisa e la valigia cade dal portapacchi. Descrivi il fenomeno rispetto al riferimento del treno e a quello dei binari.
Riferimento trenoRiferimento binari
La valigia passa dalla quiete al moto, quindi acquista una accelerazione. Il treno è sottoposto ad una forza frenante con verso opposto alla velocità di marcia e quindi diminuisce la sua velocità. La valigia, per inerzia, tende a mantenere la velocità iniziale del treno e cade dal portapacchi che sta decelerando.
La forza risultante è nulla, l'accelerazione non è nulla. La forza risultante è nulla, l'accelerazione è nulla.
Non vale il principio d'inerzia: il treno non è un riferimento inerziale. Vale il principio d'inerzia: i binari sono un riferimento inerziale.
valigia (3K)

E' il caso di ricordare che la forza va intesa come una interazione con un altro corpo e che le uniche forze che agiscono sulla valigia sono la forza peso (interazione con la Terra) e la forza vincolare (interazione con il portapacchi) uguale e contraria al peso: la forza risultante è nulla.

All'interno del treno nessuna forza naturale può spiegare l'accelerazione della valigia.

Per salvare formalmente il principio d'inerzia si usa ricorrere ad una forza detta fittizia o apparente che non ha però alcuna giustificazione fisica se non quella di spiegare l'accelerazione dell'oggetto: usando questa terminologia si può dire che, rispetto al treno, la valigia accelera perchè sottoposta all'azione di una forza fittizia.

I sistemi di riferimento nei quali si ha bisogno di ricorrere a forze fittizie si dicono non inerziali.

Clicca sui riferimenti non inerziali. (Pensa all'esistenza o meno di forze fittizie)

Rotaie di un treno
Aereo che decolla
Aereo in volo stazionario
Giostra
Montagne russe