Quadro de referência inercial
Em algum momento da sua vida, você provavelmente já usou um meio de transporte público. Pode ter sido um ônibus, metrô, trem, avião ou até mesmo outra coisa. Freqüentemente, compartilhamos esses passeios com outras pessoas. Do seu ponto de vista no veículo, essas pessoas estão sentadas ou paradas. No entanto, para um espectador parado do lado de fora do veículo, você e os outros passageiros estão se movendo em uma velocidade mais rápida. Podemos chamar esses dois pontos de vista de dois quadros de referência diferentes. Em física, podemos classificar os quadros de referência em dois tipos principais: inerciais e não inerciais.
Inércia é a propriedade da matéria na qual um objeto que está em repouso deseja permanecer em repouso, e um objeto que está se movendo deseja permanecer se movendo em linha reta, a menos que outra força aja sobre ele. Da mesma forma, um referencial inercial é um referencial no qual um objeto permanece em repouso ou em velocidade constante, a menos que outra força atue sobre ele. Quando um corpo parece não estar agindo de acordo com a inércia, ele está em um referencial não inercial ou em aceleração.
Lei de Newton e quadros de referência
A primeira lei de Newton afirma que um corpo em repouso permanecerá em repouso e um corpo em movimento permanecerá em movimento a uma velocidade constante em linha reta, a menos que haja ação de uma força externa. A força externa nesta lei é uma força que não se origina do próprio corpo. Olhando para as definições anteriores de inércia e um sistema de referência inercial, podemos ver que suas definições são quase as mesmas que a primeira lei de Newton. Outra forma de definir um quadro de referência inercial é um quadro de referência em que a primeira lei de Newton permanece verdadeira. Então você deve estar se perguntando, quando a primeira lei de Newton pode não parecer verdadeira? Bem, você provavelmente já passou por uma época em que isso não parece verdade, e tem a ver com referenciais não inerciais.
Vamos pensar no nosso exemplo do espectador fora de um veículo e o passageiro dentro da primeira seção da lição. Vou mudar o exemplo um pouco primeiro. Por um lado, vamos simplificar para um passageiro dentro do veículo. Em segundo lugar, vamos imaginar que o veículo em que o passageiro está é uma caixa à prova de som da qual ele não consegue ver. Desta forma, o passageiro não terá como saber se está em movimento ou parado. Na verdade, para eles tudo o que importa é que estejam parados. Em nosso exemplo, o espectador fora do veículo sempre estará em um quadro de referência inercial, uma vez que ele ou ela está parado (isto é, em repouso). Para o passageiro, depende da movimentação do veículo. Vamos supor que o veículo esteja se movendo em linha reta. Se o veículo não estiver acelerando, o passageiro está em um sistema de referência inercial. Isso ocorre porque nenhuma aceleração significa que sua velocidade é constante. Se o veículo estiver acelerando, o passageiro estará agora em um quadro de referência não inercial.
Continuando com este mesmo cenário, experimente colocar-se no papel desse passageiro. Da sua perspectiva no veículo, você está parado e nada está agindo sobre você, mas você sente o que parece uma força empurrando-o na direção oposta ao movimento do veículo. Você provavelmente está familiarizado com esse sentimento. É aquela sensação de ser empurrado para trás em seu assento quando um veículo começa a se mover ou acelera rapidamente.
Forças fictícias
Então, de onde vem essa sensação de empurrar você para trás em seu assento? Vamos supor que o veículo parou e começou a acelerar. Do ponto de vista do espectador, ele pode ver que o veículo começou a se mover. Uma vez que o passageiro estava em repouso, ele deseja permanecer em repouso. Essa sensação é seu corpo resistindo ao movimento devido à inércia. Da perspectiva do passageiro, não há movimento e parece que uma força foi aplicada repentinamente em seu corpo. Chamamos esse tipo de fenômeno, da perspectiva do passageiro, de força ficcional.
Uma força fictícia , também conhecida como pseudo-força, é definida como uma força que é fisicamente aparente estar agindo sobre um objeto, mas também não parece existir em um referencial não inercial. Isso pode parecer um conceito bastante confuso, então vamos examinar outro exemplo de força ficcional.
Quando criança, em algum momento você pode ter montado um carrossel em um parque infantil. Normalmente tem grades para as crianças se agarrarem. Eles são necessários porque, quando ele está girando, você pode sentir uma força tentando tirá-lo do caminho. Chamamos essa força de força centrífuga. Uma força centrífuga é uma força fictícia sentida em um corpo que se projeta de um eixo central em torno do qual está girando.
No entanto, a força centrífuga não é uma força real. Nem a sensação de aceleração de dentro de um veículo. Ambas as forças ficcionais sentidas são efeitos da inércia. Para uma pessoa em um carrossel, seu corpo não quer se mover em um movimento circular, ele quer se mover em uma linha reta de acordo com a inércia. Você precisa se segurar nas grades do carrossel para continuar viajando em um caminho circular. Se você desistisse, seria jogado para fora do carrossel em linha reta de acordo com a inércia.
Com relação aos referenciais inerciais, vamos voltar ao espectador no veículo em aceleração. Uma cena de um referencial inercial, como se estivesse em uma esquina, o espectador veria o veículo e o passageiro avançando ou empurrando na direção da aceleração. E, novamente, o passageiro no referencial não inercial pensaria que pseudo-forças o estão empurrando na direção oposta da aceleração.
Resumo da lição
Inércia é a propriedade da matéria na qual um objeto que está em repouso deseja permanecer em repouso, e um objeto que está se movendo deseja permanecer se movendo em linha reta, a menos que outra força aja sobre ele. Um referencial inercial é um referencial, isto é, ponto de vista, onde a propriedade da inércia é válida. Um sistema de referência não inercial é o sistema de referência onde a propriedade da inércia não parece ser verdadeira.
Em um cenário no qual um espectador está observando um veículo em movimento, o espectador sempre será um quadro de referência inercial. O passageiro do veículo estará em um quadro de referência não inercial se o veículo estiver acelerando. Quando a propriedade da inércia não parece ser verdadeira em referenciais não inerciais, forças ficcionais são criadas. A força centrífuga é uma força fictícia sentida em um corpo que sai de um eixo central em torno do qual está girando. Essa força ficcional não é realmente uma força, mas um efeito da inércia.
Termos chave
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- Inércia : a propriedade da matéria na qual um objeto que está em repouso deseja permanecer em repouso, e um objeto que está se movendo deseja permanecer se movendo em linha reta, a menos que outra força atue sobre ele
- Quadro de referência inercial : um quadro de referência em que um objeto permanece em repouso ou a uma velocidade constante até que outra força atue sobre ele
- Quadro de referência não inercial : quando um corpo não está agindo de acordo com a inércia
- Força fictícia : uma força que é fisicamente aparente por estar agindo sobre um objeto, mas também não parece existir em um quadro de referência não inercial
- Força centrífuga : uma força fictícia sentida em um corpo que sai de um eixo central em torno do qual está girando
Resultados de Aprendizagem
Quando terminar, você deverá ser capaz de:
- Estabeleça a Primeira Lei de Newton e como ela se relaciona com a inércia
- Explique a diferença entre um quadro de referência inercial e não inercial
- Identifique um exemplo de força fictícia