Interazione apparente

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In meccanica classica, un'interazione apparente, detta anche interazione fittizia o inerziale, è una forza, o un momento, che, anche se non vi viene applicata direttamente, agisce su un corpo al pari delle forze e dei momenti reali, o effettivi. Una definizione più rigorosa può essere la seguente:

«Dato un osservatore solidale con un sistema di riferimento non inerziale, cioè che non si trova in stato di quiete o di moto rettilineo uniforme rispetto ad un altro sistema di riferimento inerziale, un'interazione apparente è una forza, o un momento, che l'osservatore vede come agente al pari delle interazioni reali, anche se non deriva da alcuna interazione fisica diretta, ma ha origine nell'accelerazione del sistema di riferimento medesimo.»

Esattamente come le interazioni reali, anche le interazioni apparenti rispettano le equazioni cardinali della dinamica e, con opportune considerazioni, anche il secondo principio della dinamica. Tuttavia, a causa della loro natura, esse non possono in alcun modo rispettare il terzo principio della dinamica, il quale si riferisce solo alle interazioni reali. Non di rado in meccanica classica, può essere conveniente risolvere problemi fisici considerando sistemi di riferimento non inerziali; in ognuno di questi casi, sarà necessario tenere in considerazione la presenza di interazioni apparenti dovute all'accelerazione del sistema.

Ad esempio, la superficie della Terra non costituisce un valido sistema inerziale, per via della sua rotazione; nell'analisi di ogni sistema fisico situato sulla Terra, sarà dunque necessario prevedere l'esistenza di due forze apparenti: la forza di Coriolis e la forza centrifuga. Queste forze, sebbene non evidenti nelle attività umane di ogni giorno, sono alla base di fenomeni quali il pendolo di Foucault.

Le interazioni apparenti sono ancora più evidenti, ad esempio, durante un viaggio in treno, poiché quando il mezzo frena o accelera bruscamente i passeggeri e gli oggetti collocati a bordo del mezzo avvertiranno forze apparenti particolarmente evidenti. In questo caso, la superficie terrestre può essere considerata approssimativamente inerziale, e pertanto il sistema di riferimento interno al treno, in accelerazione rispetto ad essa, è sicuramente non inerziale.

Secondo principio della dinamica in sistemi non inerziali[modifica | modifica wikitesto]

Magnifying glass icon mgx2.svgLo stesso argomento in dettaglio: Teorema di Coriolis.

Si prenda un sistema di riferimento inerziale assoluto, ossia tenuto fisso, in coordinate cartesiane centrato nel punto e un sistema di riferimento non inerziale in coordinate cartesiane centrato nel punto . Sia il sistema non inerziale in moto roto-traslatorio rispetto al primo, siano e , rispettivamente, i suoi vettori velocità e accelerazione angolare e sia il vettore posizione nel sistema non inerziale. Ricordando che i versori non sono costanti, si derivi rispetto al tempo:

dove è la velocità di trascinamento, ovvero la velocità, rispetto al sistema fisso, che ha un punto che sia fermo nel sistema mobile. Essa deve il suo nome al fatto che il punto appare come se venisse trascinato dal moto del sistema. Derivando ulteriormente rispetto al tempo si ottiene:

dove è l'accelerazione di trascinamento, è l'accelerazione centripeta e è detta accelerazione di Coriolis. Si può così estendere la validità del secondo principio della dinamica anche ai sistemi non inerziali purché, oltre alle forze reali , si aggiungano anche le forze apparenti , le quali, come detto, esistono solo se il sistema è non inerziale:

dove è la forza di trascinamento, è detta forza centrifuga, mentre è detta forza di Coriolis.

Legame con le trasformazioni di Galileo[modifica | modifica wikitesto]

Magnifying glass icon mgx2.svgLo stesso argomento in dettaglio: Trasformazioni di Galileo.

Si osservi che se il secondo sistema ha gli assi ad orientamento fisso e paralleli a quelli del sistema assoluto e si muove di moto rettilineo uniforme, ovvero e , si ricavano le trasformazioni galileiane:

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