Sistemi di riferimento inerziali e non inerziali

Tutte le forze presenti in natura possono essere classificate in tre gruppi:

Queste forze sono tutte REALI nel senso che possono sempre essere associate a degli oggetti posti in vicinanza.
La tensione di una corda, la forza esercitata da una molla compressa ecc. sono di tipo elettromagnetico ed esprimono su scala macroscopica le interazioni elettromagnetiche degli atomi.

La risultante F delle forze applicate su di un corpo è uguale al prodotto della massa M del corpo per la sua accelerazione a

Tenuta ben presente la seconda legge di Newton, consideriamo una piattaforma rotante sulla quale sia appoggiata, lungo il bordo esterno una sfera. Se la velocità è sufficientemente elevata la sfera risulterà adesa al bordo.

 

Un osservatore a terra (quello con gli occhi verdi, nell'animazione), descrive il fenomeno ritenendo la sfera dotata di moto circolare uniforme v, accelerato radialmente verso l'interno. Tale accelerazione a (accelerazione centripeta) è giustificata dalla presenza del bordo della piattaforma che, in effetti, può trasmettere alla sfera una forza F (forza centripeta) diretta verso l'interno. E in accordo con la seconda legge di Newton, indicato con R il raggio della piattaforma, si ha:

Per questo osservatore, la sfera essendo assogettata ad una accelerazione NON è in equilibrio statico

L'osservatore solidale alla piattaforma (quello con gli occhi blu, nell'animazione) descrive il fenomeno in modo diverso. Egli non percepisce la rotazione. Tuttavia quando trasporta la sfera verso il centro si accorge che al suo rilascio essa torna in contatto con il bordo della piattaforma come se fosse sottoposta a una forza radiale diretta verso l'esterno (forza centrifuga) a cui però non riesce ad associare nessun oggetto specifico nelle vicinanze che la possa generare (è una forza fittizia). Ma la sfera, per l'osservatore dagli occhi blu, è in equilibrio statico: è FERMA ! Per lui quindi si deve neccessariamente essere instaurata una condizione di equilibrio tra la forza centrifuga diretta verso l'esterno (forza fittizia) e la forza diretta radialmente verso l'interno, forza reale perchè associabile ad un oggetto: il bordo della piattaforma

L'osservatore dagli occhi verdi è posto in un sistema di riferimento, non accelerato, nel quale riesce a giustificare i fenomeni fisici considerando le sole forze reali, ovvero quelle che possono essere associate ad oggetti specifici nelle vicinanze. Un tale sistema di riferimento prende il nome di sistema di riferimento inerziale. Ma la terra non è dotata essa stessa di un movimento di rotazione ? E allora come può considerarsi inerziale un sistema ad essa solidale? In effetti la terra può considerasi un sistema inerziale solo in via approssimata, mentre è ormai convenzione accettata da tutti considerare che le stelle fisse costituiscano un sistema di riferimento non accelerato.........ma siamo sicuri che le stelle fisse siano realmente fisse e non siano loro stesse inserite in un sistema di riferimento accelerato ?

L'ossevatore dagli occhi blu (non si chiama Lisa !) è inserito in un sistema di riferimento, accelerato, non inerziale e per giustificare, sulla base della seconda legge di Newton, i fenomeni fisici deve introdurre anche delle forze fittizie.

Entrambi i sistemi descrivono convenientemente i fenomeni, la scelta è solo una questione di opportunità

Bibliografia

Isaac Newton..................................................Principi Matematici della Filosofia Naturale.......UTET

D. Hallliday, R.Resnick ...................................Fisica Generale ........................vol.1................Editrice Ambrosiana
C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman..........La fisica di Berkeley.................vol.1 ...............Zanichelli
E. Perucca.......................................................Fisica Generale e Sperimentale vol.1................UTET