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Titolo: I sistemi di riferimento:

Tutti noi abbiamo più o meno un’idea di cosa significhi l’espressione
“sistema di riferimento”.
Possiamo affermare che senza qualche appropriato sistema di riferimento noi
non potremmo neppure descrivere le varie fasi della nostra vita. Noi notiamo
che un punto si muove o che sta fermo proprio perché verifichiamo il suo
moto o il suo stato di quiete in confronto ad un sistema di riferimento
particolare che ci creiamo intorno a noi.
Star seduti su una panchina e descrivere il correre di un bambino in un
prato significa crearsi un sistema di riferimento che in questo caso è la
nostra panchina.
Se un osservatore si trova su di una ruota che gira e sceglie come suo
sistema di riferimento quel posto si complica la vita perché sarebbe
costretto ad arrampicarsi sui vetri per descrivere dal suo punto di vista il
correre del bambino sul prato e persino la posizione di una persona in stato
di quiete.
Un aereo in volo ha come suoi sistemi di riferimento l’aria nella quale si
muove e una torre di controllo a terra con cui è collegato.
 La sua bussola potrà misurare una velocità di crociera V’ rispetto al
sistema di riferimento aria entro cui si muove, ma se il vento possiede una
velocità u rispetto al suolo dalla torre di controllo misureranno una
velocità di crociera dell’aereo rispetto al suolo pari a V.
Analoga situazione esiste per quanto la sua direzione. Se sulla sua bussola
il pilota osserva che l’aereo si sta muovendo verso est rispetto all’aria,
ma il vento soffia in direzione nord rispetto al suolo, da terra vedranno l’
aereo dirigersi verso nord-est.
Nelle riviste di astronomia si legge spesso riferendosi al moto dei pianeti
e alla loro posizione rispetto alle costellazioni che essi si muovono “ per
un certo periodo con moto retrogrado, quindi cominciano a rallentare e
successivamente riprendono a muoversi fra le costellazioni con moto
 regolare”.
Tutto ciò è dovuto al fatto che noi come sistema di riferimento per
osservare il moto degli altri pianeti intorno al sole, utilizziamo la terra
che a causa del proprio movimento di rivoluzione determina tutta questa
serie fittizia di osservazioni. La terra in questo caso non è un buon
sistema di riferimento.
Anche in questo caso diventa complesso descrivere e formulare una legge del
moto dei pianeti. Moto che in realtà è molto più semplice.
Quindi si può anche affermare che le leggi che descrivono il moto assumono
forme diverse a seconda del sistema di riferimento che noi decidiamo di
adottare.
Fra questi quelli che più semplicemente servono per spiegare e descrivere il
moto e le sue leggi sono i sistemi inerziali.
Mi pare che si può affermare che un sistema inerziale è quello entro il
quale un punto su cui non agisce alcuna forza rimane indefinitamente nel suo
stato di quiete o di moto esattamente come afferma la prima legge della
dinamica.
 Se in un sistema di riferimento viene introdotto un secondo sistema di
riferimento che si muove di moto rettilineo ed uniforme nei confronti del
primo, un osservatore che ha la possibilità di spostarsi indifferentemente
da un sistema all’altro verificherà che le leggi della dinamica che
descrivono il moto di un punto solidale con uno dei due sistemi sono le
stesse. Dato un sistema di riferimento inerziale, risulta pure inerziale
qualsiasi altro sistema che si sposta rigidamente rispetto al primo. Questa
proprietà è indicata con il termine invarianza e gli osservatori sono detti
osservatori inerziali.
 E’ anche importante specificare che ad essere le stesse sono le leggi del
moto e non i parametri che esprimono il moto.
Cioè se due osservatori si muovono di moto uniforme uno nei confronti dell’
altro ed in uno dei due sistemi un punto si muove con moto accelerato, le
velocità misurate dai due sono diverse mentre essi troveranno lo stesso
valore per l’accelerazione e quindi risaliranno allo stesso valore della
forza applicata. Due esempi.
1)La bussola di un aeroplano indica che esso si sta dirigendo verso est.
Dalla torre di controllo informano che il vento soffia verso nord:
mostrare su di un diagramma la velocità dell’aereo rispetto al suolo. Se U e
V’ hanno i valori riportati nelle parentesi calcolare V.
U = vettore di velocità dell’aria rispetto al suolo (60km/ora)
V’ = vettore velocità dell’aeroplano rispetto all’aria (300 km/ora)
V = vettore velocità dell’aeroplano rispetto al suolo (Risposta 306 km/ora;
11,30° verso N-E)
Si tracci il diagramma vettoriale che mostra la direzione che il pilota deve
tenere perché l’aeroplano viaggi verso est rispetto al suolo e calcolare V
usando i dati precedenti per U e V’.
2) Un uomo può remare su una barca a 4 km/h su acqua ferma. Se egli sta
attraversando un fiume che ha una corrente di 2 km/h:
a) in quale direzione dovrà dirigere la barca se vuole raggiungere il punto
opposto a quello di partenza? (Risposta 60° contro corrente)
b) Se il fiume è largo 4 km quanto tempo impiegherà ad attraversarlo?
(Risposta 1,16 h)
c) Quanto tempo impiegherà se vuole remare per 2 km con corrente favorevole
e poi tornare al punto di partenza? (Risposta 1,33 h)
d) E se invece rema per 2 km contro corrente e poi torna indietro al punto
di partenza? (Risposta1,33 h)
    Cordiali saluti Antonio De Marco

Antonio De Marco ha scritto nel messaggio...
Mi pare che si può affermare che un sistema inerziale è quello entro il
quale un punto su cui non agisce alcuna forza rimane indefinitamente nel
suo
stato di quiete o di moto esattamente come afferma la prima legge della
dinamica.
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Alla luce di questa definizione, mi confermi che l'interno di un'astronave
in caduta libera è un sistema inerziale?(Perlomeno prescindendo dalla
cosiddetta microgravità?)
Ciao, Mauro

 
secondo la meccanica newtoniana no, perche' in un tale sistema di
riferimento una pallina e' soggetta alla forza di gravita' eppure resta
ferma o si muove di moto rettilineo uniforme
Pero' va bene nella RG (se non erro) perche' una delle conseguenze del
principio di equivalenza e' proprio quello di rendere equivalenti
sistemi inerziali alla newton con i sistemi di riferimento in caduta
libera
-- 
Saluti
Valar
collegato telepaticamente con Allanon, Roland, Capo Rosso e F2
ex-Maestro Jedi di Abulion Yorgen
ICQ 51287994
"Diciamo la verita': a tutti piacciono le minorenni, per questo c'e' una
legge!" Daniele Luttazzi
per rispondere sostituite (underscore) con _

 strumenti di controllo, ecc.
Non e' una pignoleria, e il problema non e' banale.
Vedi 
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia/physics/secondoprinc.html
-- 
To reply, replace "smartassi" with "smargiassi" in my e-mail address
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia