Referencial inercial: diferenças entre revisões
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O termo "referencial inercial" foi introduzido por [[Ludwig Lange]] em 1885 para substituir o conceito de "espaço absoluto" de [[Isaac Newton]] por uma definição mais [[Definição operacional|operacional]].<ref>{{Citar periódico
|autor=Lange, Ludwig
|ano=1885
|titulo=Über die wissenschaftliche Fassung des Galileischen Beharrungsgesetzes
|jornal=Philosophische Studien
|volume=2}}</ref>
<ref>{{Citar livro
|autor=Laue, Max von
|ano=1921
|título=Die Relativitätstheorie: Erster Band
|editora=Vieweg
|local=Braunschweig}}</ref>
Na [[mecânica newtoniana]], um referencial inercial, também chamado sistema de referência inercial, é um referencial para o qual a [[primeira lei de Newton]] é verdadeira.<ref name=Moeller>{{
Ou seja:
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Desse modo, não basta aceleração em relação a um referencial qualquer para se poder dizer que um corpo está sujeito a forças. Há várias abordagens para a questão de como saber se uma partícula não está sujeita a forças:
* Uma abordagem é argumentar que todas as forças diminuem com a medida que aumenta a distância de suas fontes, então tem-se apenas que estar certo de que se está longe suficiente de todas as fontes para saber que nenhuma força está presente.<ref name=Rosser>{{Citar livro |título=Introductory Special Relativity |autor=William Geraint Vaughan Rosser |página=3 |url=http://books.google.com/books?id=zpjBEBbIjAIC&pg=PA94&dq=reference+%22laws+of+physics%22&lr=&as_brr=0&sig=ACfU3U3Ee_ApZCzqvj_Y7hOU3M01GnDZxg#PPA3,M1
|isbn=0850668387 |ano=1991 |editora=CRC Press}}</ref> Um possível problema com esta abordagem é a historicamente persistente visão de que o universo distante possa afetar matérias ([[princípio de Mach]]).
* Outra abordagem é identificar todas as fontes de forças e considerá-las. Um possível problema com esta abordagem é que pode-se desconhecer alguma, ou considerar-se inapropriadamente sua influência.<ref>[http://www.fflch.usp.br/df/opessoa/FiFi-13-Cap04.pdf Osvaldo Pessoa. Filosofia da Física Clássica, Cap. IV: Experimento do Balde e Espaço Absoluto.]</ref>
* Uma terceira abordagem é olhar para o modo como as forças mudam quando muda-se de referencial. Forças fictícias, aquelas que surgem devido à aceleração do referencial, desaparecem em referenciais inerciais, e há regras complicadas de transformação para casos gerais. Na base da universalidade das leis físicas e ao pedido de referenciais onde as leis são mais simplesmente expressas, referenciais inerciais são distinguidos pela ausência de tais forças fictícias.
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Newton considerava a primeira lei como verdadeira em qualquer referencial movendo-se com velocidade uniforme em relação às estrelas fixas;<ref>A questão de "movendo-se uniformemente em relação a que?" foi respondida por Newton como "relativamente ao ''espaço absoluto''". Na prática, "espaço absoluto" era considerado como as estrelas fixas. Para uma discussão sobre o papel das estrelas fixas, veja {{Citar livro |título=Nothingness: The Science of Empty Space |autor=Henning Genz |página= 150 |isbn=0738206105 |editora=Da Capo Press |ano=2001 |url=http://books.google.com/books?id=Cn_Q9wbDOM0C&pg=PA150&dq=frame+Newton+%22fixed+stars%22&lr=&as_brr=0&sig=ACfU3U3BgdpcUhKWUTkXYsEUOi5gaFuanQ
}}</ref> isto é, sem rotação ou aceleração em relação às estrelas.<ref name=Resnick>{{Citar livro |título=Physics |página=Volume 1, Chapter 3 |isbn=0471320579 |url=http://books.google.com/books?id=CucFAAAACAAJ&dq=intitle:physics+inauthor:resnick&lr=&as_brr=0
|editora=Wiley |ano=2001 |edição=5th Edition |autor=[[Robert Resnick]], [[David Halliday]], Kenneth S. Krane}}</ref>
Qualquer referencial movendo-se com velocidade uniforme em relação a um referencial inercial, também é um referencial inercial.
O próprio Newton enunciou um princípio de relatividade em um de seus corolários para as leis do movimento:<ref name=Feynman2>{{Citar livro |título=Six not-so-easy pieces: Einstein's relativity, symmetry, and space-time |autor=Richard Phillips Feynman |página=50 |isbn=0201328429 |ano=1998 |editora=Basic Books |url=http://books.google.com/books?id=ipY8onVQWhcC&pg=PA49&dq=%22The+Principle+of+Relativity%22&lr=&as_brr=0&sig=ACfU3U3KfqkThK26GE7jG-QEFypFxJ17eQ#PPA50,M1
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Corpos em referenciais não inerciais ficam sujeitos às chamadas forças ''fictícias'' (pseudo-forças); isto é, [[força]]s proveniente da aceleração do próprio referencial e não de forças físicas atuando no corpo. Exemplos de forças fictícias são a [[força centrífuga]] e a [[força de Coriolis]] em referenciais girantes.
É difícil aplicar a definição newtoniana de referencial inercial sem a separação entre forças "fictícias" e forças "reais". Por exemplo, considerando-se um objeto estacionário em um referencial inercial. Estando em repouso, nenhuma força resultante está aplicada. Mas em um referencial girando sobre um eixo fixo, o objeto parece mover-se em um círculo, e está sujeito à força centrípeta (que é provida neste referencial pela combinação das força de Coriolis e da força centrífuga).
Para a questão de como pode-se decidir que o referencial girante é um referencial não inercial há duas abordagens: uma abordagem é olhar para a origem das forças fictícias (a força de Coriolis e a força centrífuga). Percebe-se que não há fontes para essas forças, nenhum corpo originando-as.<ref name=note2>Por exemplo, não há nenhum corpo fornecendo uma atração gravitacional ou elétrica.</ref> Uma segunda abordagem é a olhar para uma variedade de referenciais. Para qualquer referencial inercial, a força de Coriolis e a força centrífuga desaparecem, então a aplicação do princípio da relatividade especial seria identificar estes referenciais onde as forças desaparecem como partilhantes das mesmas e mais simples leis da física, e, por conseguinte, que o referencial girante não é inercial.
O próprio Newton examinou esse problema usando esferas rotantes, como mostrado na Figura 1 e na Figura 2. Ele argumentou que se as esferas não estão rodando, a tensão na corda é medida como zero em ''todos'' os referenciais.<ref name=tension>Isto é, a universalidade das leis da física requer que essa tensão seja a mesma para todos. Por exemplo, não pode acontecer que a corda se rompa sob tensão elevada em um referencial e permaneça intacta em outro referencial.</ref> Se as esferas apenas ''aparentam'' rodar (isto é, está-se observando esferas estacionárias, de um referencial rotante), a tensão nula na corda é respaldada pela observação de que a força centrípeta é fornecida pelas forças centrifuga e de Coriolis em combinação, logo nenhuma tensão é necessária. Se as esferas realmente estão rodando, a tensão observada é exatamente a força centrípeta exigida pelo movimento circular. Assim, a medição da tensão na corda identifica o referencial inercial: é o que onde a tensão na corda é exatamente a força centrípeta exigida pelo movimento ''da maneira que ele é observado naquele referencial'', e não um valor diferente. Isto é, o referencial inercial é aquele onde as forças fictícias desaparecem.
Muito para as forças fictícias devido a rotação. Porém, para a aceleração linear, Newton expressou a ideia de indectabilidade de acelerações em linha reta realizadas da mesma maneira:<ref name=Principia/>
{{Quotation|Se corpos, movendo-se de qualquer modo entre si mesmos, são impelidos na direção de linhas paralelas por forças que causem acelerações iguais, continuarão todos a se mover entre si, do mesmo modo que se não fossem impelidos por tais forças. |Isaac Newton: ''Principia'' Corolário VI}}
Esse princípio generaliza a noção de referencial inercial. Por exemplo, um observador confinado em um elevador em queda livre afirmará que ele próprio é um referencial inercial válido, mesmo que ele esteja sendo acelerado pela gravidade, desde que ele não tenha qualquer conhecimento sobre qualquer coisa fora do elevador. Então, aparte considerações acerca da existência real ou não de um estado de [[imponderabilidade]] aos rigores da definição, referencial inercial é um conceito relativo. Com isto em mente, pode-se definir referenciais inerciais coletivamente como um conjunto de referenciais que estão parados ou movendo-se com velocidade constante ''em relação um ao outro'', de forma que um único referencial inercial seja definido como um elemento desse conjunto.
Ressalva-se que para essas ideias serem aplicáveis, ''tudo'' observado no referencial tem que estar sujeito a uma aceleração igual, compartilhada pelo próprio referencial. Essa situação se aplicaria, por exemplo, para o exemplo do elevador, onde todos os objetos estão sujeitos a mesma aceleração gravitacional, e o próprio elevador está sendo acelerado na mesma taxa, de forma que nenhuma experiência realizada em qualquer dos citados referenciais permita concluir sob estes estarem ou não acelerado frente a algum referencial privilegiado. Tal princípio é mais tarde estendido por Einstein no que convencionou-se nomear por [[princípio da equivalência]], sendo este princípio o ponto de partida na busca de uma teoria totalmente covariante frente à mudanças de referencial, ou seja, na busca da [[covariância geral]], que terá por fruto a [[relatividade geral]].
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:<math>
\gamma \ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\
\frac{1}{\sqrt{1 - (v/c_0)^2}} \ \ge 1.
</math>
Linha 117:
:<math>
s^{2} =
\left( x_{2} - x_{1} \right)^{2} + \left( y_{2} - y_{1} \right)^{2} +
\left( z_{2} - z_{1} \right)^{2} - c_0^{2} \left(t_{2} - t_{1}\right)^{2}
</math>
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