Artikulu hau "Kalitatezko 1.000 artikulu 12-16 urteko ikasleentzat" proiektuaren parte da

Erreferentzia-sistema inertzial

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search

Fisikan, erreferentzia-sistema inertzial deritzo erreferentzia-sistema berezi bati, zeinean inertziaren printzipioa betetzen den. Horrek esan nahi du inolako indarren eraginik jasaten ez duen gorputz puntualak translaziozko higidura zuzen uniformea daukala, edo bestela, geldi dagoela. Beraz, gorputzaren abiadura konstantea da, bai moduluz eta bai norabidez ere. Horrelako sistemei Galileoren sistemak edo sistema galilearrak ere esaten zaie, Galileoren omenez, bera izan zen horretaz jabetu zen lehena.

Erreferentzia-sistema inertzialetan, denbora uniformea da eta espazioa homogeneoa eta isotropoa. Mekanika newtondarrean, hiru dimentsioko espazio euklidear osoa kontuan hartzen du sistema horrek, eta toki guztietan dagoen behatzaile omnipresente bat kontsideratzen da bertan, edozein aldiunetan puntu materialak duen posizioa neurtzeko gai dena; izan ere, une oro zein aldiune den neurtuko du kronometroaz, eta puntua zein posiziotan dagoen luzera-neurgailuaz. Dena den, praktikan erabiltzen diren sistema inertzialak idealizazio bat dira, beti ere hurbilketa modura definitzen dena.

Erreferentzia-sistema inertzial batekiko biraketarik gabe eta translazio zuzen eta uniformez higitzen den beste edozein sistema ere inertziala da. Horrek esan nahi du infinitu sistema galilear daudela. Mekanikaren legeak berberak dira sistema inertzial guztietan; bestela esanda, ez dira aldatzen sistema inertzial batetik beste sistema inertzial batera pasatzean.

Hala ere, magnitude fisikoen balioak desberdinak izan daitezke sistema desberdinetan, nahiz eta balio horiek elkarrekin erlazionaturik dauden, transformazio-ekuazio zehatzen bitartez. Mekanika newtondarrean, sistema batetik besterako formulak Galileoren transformazioaren bidez egiten dira. Sistema inertzial guztietatik balio bereko azelerazioak neurtzen dira; horrexegatik, sistema inertzial guztietan modu berean aplikatzen dira Newtonen legeak. Bestela esanda, guztietatik behatzen eta neurtzen dira indar berberak; indar horiek “errealak” direla esaten dira. Erlatibitate berezian, sistema batetik bestera pasatzeko ezin da Galileoren transformazioa erabili; horren ordez, Lorentzen transformazioa erabili behar da.

Inertziaren printzipioa betetzen ez duten sistemei erreferentzia-sistema ez-inertzial deritze. Horrelakoak dira sistema inertzial batekiko biraketaz edo azelerazioaz higitzen diren erreferentzia-sistemak. Sistema horietan Newtonen legeak ondo aplikatzeko, indar errealez gain, inertzia-indarrak ere hartu behar dira kontuan. Inertzia-indarrak ez dira gorputz materialen arteko interakzioen ondoriozkoak, eta horregatik indar “fiktizioak” izena ere ematen zaie.

Definizioa eta propietate orokorrak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Bai fisika klasiko newtondarrean eta bai erlatibitate berezian, neurketak egiten dituen behatzaile ahaltsu bat dago, hiru dimentsioko espazioan partikula puntualen posizioak neurtzeko aldiune guztietan. Behatzaile ahalguztidun horrek, batetik, “erreferentziako espazio solido” bat (koordenatu-sistema bat) kontsideratzen du espazioan, bertan partikulen posizio espazialak neurtzeko eta, bestetik, espazio osoko puntuetan sinkronizaturik dagoen eta “erreferentziako denbora” ematen duen “erloju” berezi bat dauka, gertaera puntualak jazotzen diren aldiuneak adierazteko. Posizioak eta denborak neurturik, behatzailea partikulen higidurak deskribatzeko gai da. Behatzaileak, koordenatu-sistemak eta erlojuen multzoa da fenomeno fisikoak aztertzeko erabiltzen den erreferentzia-sistema

Nola aukeratu erreferentzia-sistema egokia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fenomeno fisiko konkretu bat aztertzeko, funtsezkoa da erreferentzia-sistema egokia aukeratzea, batez ere horrela fisikaren legeen formulazio matematikoa erraztu daitezkeelako. Aukera horretarako, aztertu beharreko problemaren baldintzak kontuan izanik, zenbait irizpide finkatu behar dira.

Adibidez, koordenatu-sistemen jatorria eta ardatzak (koordenatu kartesiarrak, zilindrikoak, esferikoak…) eta denboraren jatorria (t = 0 aldiunea) zehaztu beharko dira, neurketa espazio-denboralak finkatzeko. Halaber, behatzailea geldi dagoen sistema osoaren higidura ere kontuan izan beharko da, zeren, adibidez, ez baita gauza bera higiduraren dinamika aztertzeko tren geltokiko nasa aukeratzea erreferentzia-sistematzat, edo azeleratzen ari den trena hartzea; edota, zaldiko-maldikoaren gainean dagoen gorputzaren higidura aztertzeko, ez da berdin begiratokitzat parkeko puntu finkoa hartzea edo biraka ari den plataforma bera.

Bestalde, sistema desberdinetatik fenomeno fisikoak aztertzean, kontzeptu bereziak landu behar izaten dira, espazioko puntu eta norabide guztiak ez baitira baliokideak. Baina erreferentzia-sistema “pribilegiatu” batzuk existitzen dira, zeinetan espazioa homogeneoa (puntu guztiak dira baliokideak) eta isotropoa (norabide guztiak baliokideak) den, eta denbora uniformea (aldiune guztiak baliokideak): erreferentzia-sistema inertzialak edo galilearrak dira. . Beraz, lehenengo pauso modura, mota horretako sistema pribilegiatuak definitu beharko ditugu.

Erreferentzia-sistema galilearren definizioa eta inertziaren printzipioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ezer baino lehen, erreferentzia-sistema inertzial bat definituko dugu, ezaugarri hau duela esanez: sistema horretan edozein puntu material askek higidura zuzen uniformea du, edo geldi dago; eta aldi berean esango dugu partikula askea dela inolako indarren eraginik jasaten duena. Definizio hori eta inertziaren printzipioa baliokideak dira, eta azken batez gorputz materialek beren abiaduran irauteko joera adierazten du. Beraz, inertziaren printzipioa honelaxe eman daiteke: «Partikula askeak abiadura konstantez higitzen dira erreferentzia-sistema inertzialetan»; hau da, pertikula askeen azelerazioa nulua da sistema inertzialetan. Printzipio hori da Newtonen lehenengo legearen muina; horregatik, inertziaren legea ere esaten zaio. Dena den, arazo bat daukagu: nola aurkitu “partikula aske” bat?

Erreferentzia-sistema inertzial baten bila[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Aurreko definizioak gurpil soro batean sartu gaitu: sistema inertzial bat definitzeko, partikula aske bat identifikatu behar dugu lehenik, baina partikula aske bat identifikatzeko, sistema inertzial batean gaudela jakin behar dugu aldez aurretik. Nola edo hala irten egin behar dugu inora ez garamatzan tranpa horretatik, eta horretan saiatuko gara jarraian.

Lurrean bizi garenez, galdetu egin dezakegu ea sistema inertzial konkreturik erabil dezakegun geure inguruan, eta horretarako, gugandik urrun joan beharko dugu lehenik, izar finkoak deritzen izarrekin loturiko sistemaraino. Sistema horretatik abiaturik, hurbilketak eginez iritsiko gara geure bizimodu normaleko fenomenoak aztertzeko erabiliko dugun erreferentzia-sistema praktikora.

Izar finkoen erreferentzia-sistema "inertziala"[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Dakigunez, naturan eragiten duten elkarrakzio edo indarrak moteldu egiten dira distantzia handitu ahala; zehazki esanda, distantziaren karratuaren araberako alderantzizko proportzionaltasunez. Hortaz, gaueko zeruan ikusten ditugun eta elkarrengandik distantzia izugarrietara dauden izar finkoak partikula asketzat har ditzakegu; eta izar finkoekin loturiko erreferentzia-sistema hori inertziala dela kontsidera dezakegu, oinarrizko hurbilketa modura.

Eguzkiaren sistema eta Lur planetako sistema paraleloa.

Eguzkiarekin loturiko erreferentzia-sistema[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Eguzkia bera ere izar bat da, gugandik hurbilen dagoena, eta kalkula daitekeenez oso azelerazio txikiz higitzen da gure galaxiaren zentroarekiko: baliokoaz. Azelerazio hori hain txikia izanik, Eguzkiarekin eta izan finkoekiko biratu gabe doan erreferentzia-sistema ere inertziala dela esan dezakegu.

Lurreko sistemak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Gu bizi garen Lur planetarekin loturiko sistema inertzialik defini ote dezakegu? Kasu honetan ere hurbilketa bat egingo dugu, alboko irudian grafikoki adierazten den modura. Kontuan izanik Lurrak Eguzkiaren inguruan duen ibilbide eliptikoan (ia zirkularra dena) azelerazio zentripetuak gutxi gorabehera  balio duela, azelerazio hori oso txikia denez, hurbilketa modura esan dezakegu Lurraren zentroan eguzkiko sistemarekiko paraleloki kokaturik dagoen erreferentzia-sistema ere inertzialtzat har dezakegula.  Beraz, alboko bi sistemak inertzialtzat hartuko ditugu praktikan.


Lur planetan erreferentziatzat har daitekeen bi sistema inertzial hurbilduak.



Dena den, badakigu Lurra biraka ari dela Ipar polotik Hego polora doan ardatzaren ingurun, eta gu, Lurrean bizi garenok, biraketa horretan gabiltzala birabetea eginez egun osoan, hots, balioko abiadura angeluarraz. Oso txikia denez beste hurbilketa bat eginez, gu bizi garen tokiko sistema arrunta ere ere inertzialtzat hartuko dugu. Horrela kontsideratzea oso hurbilketa ona da gure bizimoduko objetu arrunten dinamika aztertzean, baina ez da egokia naturan gertatzen diren tamaina handiko higiduretan, hala nola itsasoko korronte nagusien edo atomosferako haize-korronteen eta fenomeno metereologikoen  kasuan.



Galileoren transformazioa eta inertziaren printzipioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Elkarrekiko translazio uniformez (abiadura zuzen eta konstantez) higitzen ari diren bi sistema inertzialen arteko erlazio zinematikoak Galieoren transformazioaren bidez adierazten dira. Sistema horiek S  eta S’ izendatuko ditugu. Transformazio horren arabera, bi sistema horietatik behatzen ari den partikula baten azelerazioak balio berbera dauka bi sistemetan, hau da:

Kontuan izanik S sistema inertziala dela, bertatik partikula aske bat behatzen ari bagara, partikula horren azelerazioa nulua izango da; beraz,  izango da. Orduan S’ sistematik neurtuko dugun azelerazioa ere  izango da. Horrela behar du izan, inertziaren printzipioa betetzen baita sistema inertzial guztietan.

Momentu linealaren kontserbazioaren printzipioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sistema inertzialak erabiltzean, sistema fisikoen kontserbazio-printzipioak  aztertzeko magnitude interesgarri bat definitzen da: momentu lineala. Definizioz, partikula baten momentu lineala beraren masaren eta abiaduraren arteko biderkadura da:

Agerikoa denez, magnitude bektoriala da, abiaduraren norabide eta noranzko  berberak dituena. Ondorioz, inertziaren printzipioa honelaxe ere adieraz dezakegu: Partikula askeak momentu lineal konstantez higitzen dira sistema inertzialetan.

Indar kontzeptuaren definizioa. Newtonen bigarren legea[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sistemainertzial batean partikula baten abiadura aldatzen ari bada, horrek esan nahi du partikula hori ez dela askea. Zergatik gertatzen da hori? Fisikarien hitzetan esanez, partikula horrek eraginen bat jasaten duelako, alegia elkarrekintza bat jasaten duelako kanpotik. Mekanikaren arloan, elkarrekintzari ematen zaion izena indarra da.

Nola definitzen da indar terminoak aderazten duen kontzeptua? Aurreko atalean definitutako partikularen momento lineala hartuko dugu abiapuntutzat. Definizioz, denbora-unitateko gertatzen den momento linealaren aldakuntzari esango diogu indarra; bestela esateko, indarra da partikularen momento linealaren denborarekiko deribatua. Indarraren sinboloa da, magnitude bektoriala da eta honelaxe adierazten da modu sinbolikoan:

Izatez, definizio hori Newtonen bigarren legea da. Momentu lineala masaren eta abiaduraren bidez azalduz, honelaxe adieraz dezakegu lege hori ekuazio modura idatzita:

Ekuazio hau da dinamikaren oinarria. Ekuazio bektoriala da eta esan nahi du partikula baten gainean indar bat egitean partikula azelerazioa jasaten duela sistema batetik behatuta; edo alderantziz esanda, sistema inertzial batetik partikula azelerazioa duela behatzen bada, horrek esan nahi du partikula horren gainean indar batek eragiten duela.

Erreferentzia-sistema ez-inertzialak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Hemen zehaztu ditugun baldintzak betetzen ez dituzten erreferentzia-sistemak ez-inertzialak dira. Horrelakoak dira sistema inertzial batetiko azelerazio zuzenez higitzen ari diren sistemak edota jatorri berbera izan arren biraka higitzen ari diren sistemak

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Fisika Orokorra, UEU, 2003, ISBN 84-8438-045-9

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]


Fisika Artikulu hau fisikari buruzko zirriborroa da. Wikipedia lagun dezakezu edukia osatuz.