Saludos de nuevo comunidad stem, como todos saben las leyes de Newton constituyen la base de la mecánica clásica, teoría con la cual se describe muy bien la dinámica de los cuerpos en la naturaleza. Pero generalmente poco se habla del principio clásico de relatividad cuyo concepto manifiesta una condición primordial que deben cumplir una teoría física, dicha necesidad se plantea como la equivalencia entre observadores siguiendo principios de simetría o invariancia en eventos físicos equivalentes [1].

Es claro que los eventos físicos en la mecánica de Newton requieren de las coordenadas espaciales (las tres dimensiones) para determinar el donde, y la variable temporal para fijar el cuando, es decir, el espacio y tiempo da la información exacta de un fenómeno físico, en la recolección de dichos datos la observación es fundamental. Uno de los eventos mas estudiado es el movimiento de los cuerpos, al cual se entiende como el cambio de posición de una partícula o cuerpo con respecto al tiempo, en este aspecto entra en juego un concepto muy importante en física.

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Sistema de referencia

Siempre que queremos definir la posición de una partícula debemos indicar con respecto a que punto o sistema de referencia lo hacemos, para así interpretar correctamente las magnitudes de distancia, velocidad, aceleración y muchas mas presente en la naturaleza.

Los sistemas de referencia son el punto de origen de las coordenadas (cartesianas, polares, cilíndricas) a utilizar para describir las fuerzas que actúan sobre los cuerpos en movimiento de forma cuantitativa y cualitativa[2].

En los eventos que suceden a diario podemos notar un efecto muy particular con respecto a los sistema de referencia. El clásico ejemplo de la chica en el vagón en movimiento que lanza una pelota al aire, cuya acción de la pelota es vista por el chico como una linea recta, y por otro observador situado a un lado como una parábola.

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Ilustración de elaboración propia con uso de power point y fuente (CCO)

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Uno se podría preguntar ¿Que trayectoria sigue la pelota?, una recta o una parábola, pues por muy ambigua que parezca la respuesta lo cierto es que ambas trayectoria son correctas dado a que cada sujeto observa el fenómeno desde su punto de referencia, por lo que se puede decir que no existe en la mecánica clásica un sistema de referencia absoluto. Otro aspecto a resaltar es el concepto de Sistema de referencia inercial definido como aquel donde se puede observar a un cuerpo en un estado de reposo o velocidad constante cuando la fuerzas influyentes en él se anulan, es decir, donde las Leyes de Newton son válidas, ahora la relación que considera los distintos parámetros de ambos sistemas se denomina Transformación, y un tipo de ellas son las transformaciones de Galileo[3], la cual se explicara a continuación:

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Transformación Galileana

Tenemos 2 observadores denotados por dos sistemas de referencia y , con alejándose a velocidad constante en la dirección x de , sobre tenemos un punto P, tal como se muestra en la figura 2.

De la figura 3 podemos ver que :

(1)

(1) es la distancia entre el punto P y el origen del sistema , el cual se aleja con una velocidad y con con respecto al origen del sistema . Ademas si consideramos en donde el origen de ambos sistema coinciden en un mismo punto entonces se puede ver como la velocidad constante por el tiempo transcurrido definida por , con esto simplemente lo que se quiere ver es el movimiento del punto P con respecto a los 2 observadores, por tanto la posición para los sistemas viene dado por:

(2.1)

(2.2)

Ahora estamos interesados en encontrar la velocidad:

Tomando en cuenta que y , es decir el tiempo es absoluto en la mecánica clásica, tenemos:

(3.1)

(3.2)

el conjunto de ecuaciones de (2.1) hasta (3.2), son las conocidas transformaciones de Galileo, las cuales se cumple para cuerpos que se mueven a velocidades muy pequeñas comparada con la velocidad de la luz. Si calculamos la aceleración es claro que en ultimas nos queda:

(4)

(4) demuestra que no importa desde que sistema de referencia inercial estemos observando el evento, la aceleracion que experimenta la partícula es la misma, ademas como el valor de la masa es independiente del observador también tendremos que , por lo que la fuerza y la aceleración es la misma para todos los sistemas inerciales, cuya magnitud con esta propiedad se les denomina invariantes Galileana.

Esto ultimo es entonces los que nos permite generalizar la segunda ley Newton que gobierna en la mecánica clásica para todos los observadores inerciales, cumpliendo así el principio clásico de la relatividad.

Espero les halla gustado e interesado este pequeño aporte, gracias por su atención y el apoyo brindado.

Elaborado por @joseg

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Referencias:

[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_relatividad
[2]http://www.conevyt.org.mx/bachillerato/material_bachilleres/cb6/5sempdf/fimo1pdf/fasciculo4.pdf
[3] https://es.scribd.com/document/96153796/Transformaciones-de-Galileo-y-Lorentz