Sistema di riferimento non inerziale

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Un sistema di riferimento non inerziale è un sistema di riferimento nel quale la descrizione della dinamica dei corpi non vede verificato il principio di inerzia. Tutti e soli i sistemi di riferimento che si muovono di moto accelerato rispetto al sistema delle stelle fisse presentano questa particolarità e possono essere quindi definiti non inerziali.

Definizione formale[modifica | modifica wikitesto]

Un sistema di riferimento non inerziale è un sistema di riferimento in cui un corpo soggetto ad una risultante di forze nulla (di massa) si muove comunque di moto non uniforme (accelerato).

Differenza rispetto ai sistemi inerziali[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Sistema di riferimento inerziale.

La descrizione di un evento di un sistema fisico può risultare differente, se operata da sistemi di riferimento differenti.

Le trasformazioni di Galileo stabiliscono le equazioni che permettono di passare dalla descrizione di un evento E da un sistema di riferimento inerziale S1 ad un altro inerziale S2: le grandezze che cambiano, da un sistema all'altro, sono la posizione e la velocità dei singoli corpi, ma l'eventuale accelerazione di un corpo risulta essere un'invariante per tutti i sistemi di riferimento inerziali.

I sistemi inerziali[modifica | modifica wikitesto]

Esempio

Una macchina (S3) sulla strada, partendo da ferma, aumenta costantemente la propria velocità; il valore di questa accelerazione (la "rapidità di variazione" della velocità della macchina) sarà la stessa, sia che sia misurata da un pedone fermo sul marciapiede (S0), sia che sia misurata da un ciclista (S1) che pedala a velocità costante sul ciglio della strada; altrettanto, risulterà uguale la forza esercitata dalla rotazione degli pneumatici per accelerare la macchina (calcolabile con F=ma, con m= massa della macchina), che come a è invariante tra S1 e S0, benché il valore della velocità della macchina misurato dai due osservatori in ogni istante sia diverso.

Tutti i sistemi di riferimento inerziali concordano nell'associare all'accelerazione di un corpo un'azione esterna, la forza F, legata alla massa m e all'accelerazione a del corpo, dalla formula F=ma (legame espresso dal secondo principio della dinamica).

Se si considera un sistema di riferimento S3, che non si muove di moto uniforme rispetto al «sistema delle stelle fisse» (che sarà chiamato, per semplicità, S0), e che quindi non rispetta la definizione di sistema di riferimento inerziale (ponendo per semplicità che S3 si muova di moto uniformemente accelerato rispetto a S0) a causa dell'invarianza di a per i sistemi inerziali, S0 (come qualunque altro sistema inerziale) misurerà una stessa accelerazione a3 per S3; e per il secondo principio della dinamica misurerà anche una stessa forza F3 applicata a S3, affinché esso possa veder variata la propria velocità.

I sistemi non inerziali[modifica | modifica wikitesto]

Esempio

L'autista della macchina è fermo rispetto a quest'ultima, ed è dunque solidale con il sistema di riferimento non inerziale da essa rappresentato. Se l'autista guarda fuori dal finestrino vedrà il pedone e il ciclista muoversi di moto accelerato, in direzione che va dal parabrezza verso la parte posteriore della macchina. Mentre il pedone e il ciclista concordano nell'identificare l'agente che causa l'accelerazione della macchina (la forza d'attrito dell'asfalto generata dalla rotazione degli pneumatici), l'autista li vede accelerare "spontaneamente", senza cioè poter individuare una forza che sia causa del loro moto osservabile. L'autista stesso sente un'accelerazione sul proprio corpo: se sul cruscotto della macchina ci fossero delle biglie libere di muoversi, l'autista le vedrebbe accelerare verso la parte posteriore del veicolo.

Se si considera il punto di vista di un osservatore solidale con S3, ogni corpo solidale con un sistema di riferimento inerziale appare dotato di un'accelerazione pari a -a3. Questa descrizione solidale con S3 non è simmetrica a quelle solidali con S0 e S1, perché l'osservatore "agganciato" a S3 non è in grado di individuare alcuna forza che sia responsabile dell'accelerazione dei corpi suddetti: questo osservatore è dunque costretto a "rinunciare" al principio di inerzia, e a constatare che oggetti e persone, se descritti dal proprio sistema di riferimento, possono subire variazioni della propria velocità senza che vi sia un'azione esterna a causarla.

Le "forze apparenti"[modifica | modifica wikitesto]

Per "reintegrare" la legge d'inerzia, l'osservatore nel sistema di riferimento non inerziale può fare appello alla cosiddetta forza apparente, postulare cioè ad hoc l'esistenza di una forza per ogni corpo accelerato, calcolata con la formula F=ma.

È un esempio di forza apparente la forza centrifuga, percepita da un osservatore situato su di un sistema di riferimento in moto non rettilineo, che osservi un corpo non solidale allo stesso.

È da notare infine come non abbia senso affermare che la descrizione della dinamica dei corpi in un sistema inerziale sia "più corretta" di quella effettuata in un sistema non inerziale: semplicemente, assumere la prospettiva del primo sistema è più funzionale ai fini di una rigorosa descrizione matematica dell'evento, perché permette di legare causalmente le forze con l'interazione con altri corpi (scambi di energia o di quantità di moto), ma ciò non toglie che in taluni casi sia invece più pratico considerare la prospettiva non inerziale.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]