La experiencia de Galileo y la inercia

Galileo experimentó con planos inclinados, haciendo rodar bolas por superficies planas inclinadas distintos ángulos con la horizontal. La conclusión a la que llegó es que como las bolas bajaban cada vez más rápidas y subían perdiendo rapidez, al rodar en un plano horizontal lo harían con rapidez constante.

Galileo construyó dos planos inclinados y los colocó en ángulos opuestos. Desde lo alto del primero de los planos soltó una bola que bajó rodando. Al llegar al segundo plano la bola subió por él hasta cierta altura. Galileo observó que la bola trataba de alcanzar la altura inicial.

Galileo repitió la experiencia reduciendo el ángulo del segundo plano y encontró que la bola subía siempre hasta la misma altura, aunque recorría una distancia mayor. Se preguntó ¿qué pasaría si el segundo plano fuera horizontal? Y llego a la conclusión de que la bola seguiría rodando sobre la superficie para siempre.

Si se quiere mantener un cuerpo en movimiento, se debe seguir empujando debido al rozamiento y no a la naturaleza del proceso. Galileo afirmó que los cuerpos tienden a permanecer en su estado de movimiento y que, por consiguiente, oponen una resistencia a un cambio en su estado de movimiento.

Si la fuerza total que actúa sobre un cuerpo es nula, permanecerá en el estado de movimiento que tenga: en reposo, con velocidad nula, o manteniendo constante la velocidad que lleve.

Solamente has de tener en cuenta que uno de los efectos de las fuerzas es producir cambios de velocidad, por lo que si no actúan fuerzas netas no se producen esos cambios.

Se suele hablar de la inercia como la tendencia que tienen los cuerpos a mantener su estado de movimiento: permanecer en reposo si están quietos, o seguir moviéndose con la velocidad que llevan.

En este video puedes observar como un chico subido a un monopatín cumple la primera ley de Newton en dos casos diferentes.

En la primera situación, la fuerza se ejerce sobre el monopatín poniéndolo en movimiento, sin embargo el chico tiende a permanecer parado, tal y como estaba, ya que la fuerza no se está ejerciendo sobre él.

En la segunda situación el chico se está moviendo subido en el monopatín, que al chocar con la colchoneta se para. Sin embargo el chico sigue moviéndose ya que sobre él la colchoneta no ha ejercido ninguna fuerza. Los puntos rojos marcan su movimiento, que será el mismo que tenía cuando estaba moviéndose antes de chocar.

Sistemas de referencia inerciales y no inerciales

Para determinar el estado de movimiento de un cuerpo se necesita un sistema de referencia, de forma que el estado de movimiento depende del sistema de referencia elegido.

Cuando viajas en un tren sentado en tu asiento estás en reposo con relación al vagón, pero te mueves con la velocidad del tren respecto de un poste de la catenaria.

En los dos sistemas de referencia se cumple la primera ley de Newton. Los sistemas de referencia en los que se cumple la ley de la inercia se denominan sistemas de referencia inerciales.

Un sistema de referencia es inercial cuando está en reposo o se mueve con velocidad constante (movimiento rectilíneo uniforme).

Si subes al autobús urbano, cuando arranca parece que te empujan hacia atrás y cuando frena parece que te empujan hacia delante.

En los casos anteriores observarás que al utilizar como sistema de referencia el autobús urbano, al arrancar y al frenar, aunque nadie te empuja, te vas hacia atrás o hacia adelante, no se cumple la primera ley de Newton. El sistema de referencia es acelerado y se denomina no inercial.

Para un observador situado en el autobús, es como si una fuerza te empujase. Esta fuerza no es real ya que no es consecuencia de una interacción, es una fuerza ficticia que se denomina fuerza de inercia.