PSSC - Marcos de Referencia - 2da parte
Summary
TLDREl guion del video explora la trayectoria de una bola en diferentes sistemas de referencia, ilustrando cómo la percepción de fuerzas cambia con la aceleración. Se explica que en un sistema inercial, como la Tierra, la ley de la inercia es válida y no se observan fuerzas ficticias. Sin embargo, en sistemas acelerados, como un carro o una mesa giratoria, se introducen fuerzas ficticias para explicar la aceleración percibida. El vídeo utiliza la demostración del péndulo de Foucault para mostrar que la Tierra gira sobre sí misma, lo que afecta nuestra percepción de la inercia en un sistema de referencia fijo.
Takeaways
- 😲 La trayectoria de una pelota en un carro acelerado difiere de la trayectoria en un carro en movimiento constante.
- 🔍 La pelota no sigue una línea vertical en un sistema acelerado debido a la percepción de una fuerza ficticia.
- 🌐 La ley de la inercia es válida en sistemas inerciales, como la Tierra, pero no en sistemas acelerados.
- 🚗 Un carro que se mueve a una velocidad constante con respecto a la Tierra es un sistema inercial, pero uno que se acelera no lo es.
- 🌀 En un sistema de referencia giratorio, como la mesa giratoria, se perciben fuerzas ficticias que cambian la trayectoria de los objetos.
- 🌟 La aceleración centrípeta es la fuerza ficticia que se percibe en un sistema giratorio, como la fuerza que mantiene a un objeto en movimiento circular.
- 🌍 La Tierra, al girar sobre su eje y orbitar alrededor del Sol, presenta una aceleración que es pequeña pero suficiente para generar fuerzas ficticias.
- 📸 La fotografía de tiempo de las estrellas demuestra que la Tierra está girando, ya que el plano de oscilación de un péndulo de Foucault gira en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra.
- 🔬 Un péndulo de Foucault es un experimento que demuestra la rotación de la Tierra, ya que su plano de oscilación se mantiene fijo con respecto a las estrellas.
- 🌌 Los sistemas de referencia que se mueven a velocidad constante con respecto a un sistema inercial también son sistemas inerciales, aunque la Tierra es solo un aproximado debido a su pequeña aceleración con respecto a las estrellas.
Q & A
¿Qué sucede con la trayectoria de la bola cuando el carro está acelerando?
-La trayectoria de la bola cambia y no cae directamente hacia abajo como en el caso de un movimiento constante de velocidad, sino que cae hacia un lado debido a la aceleración del carro.
¿Cómo se puede explicar el movimiento de la bola en un sistema de referencia acelerado?
-En un sistema de referencia acelerado, la gravedad es la única fuerza que actúa sobre la bola, pero debido a la inercia, se necesitaría una fuerza ficticia para explicar su desvío lateral.
¿Qué es un sistema inercial según la ley de la inercia?
-Un sistema inercial es aquel en el cual la ley de la inercia es válida, es decir, donde los objetos no experimentan fuerzas ficticias y siguen trayectorias rectas a menos que sean afectados por fuerzas reales.
¿Por qué se consideran fuerzas ficticias las que se observan en un sistema de referencia acelerado?
-Las fuerzas ficticias son aquellas que se introducen en un sistema de referencia acelerado para explicar el comportamiento de los objetos sin una fuerza real actuando sobre ellos, como es el caso de la inercia.
¿Cómo se ve el movimiento de la teja en un sistema de referencia fijo en la tierra?
-En un sistema de referencia fijo en la tierra, la teja se mueve en línea recta a menos que se aplique una fuerza real, ya que la tierra es un sistema inercial aproximado.
¿Qué es la aceleración centrípeta y cómo se relaciona con los objetos en movimiento circular?
-La aceleración centrípeta es la aceleración que experimentan los objetos que se mueven en un círculo, apuntando hacia el centro de ese círculo. Es la fuerza que mantiene al objeto en la trayectoria circular.
¿Qué es el péndulo de Foucault y cómo demuestra que la Tierra gira sobre su eje?
-El péndulo de Foucault es un péndulo que, al oscilar, mantiene su plano de oscilación fijo con relación a las estrellas, lo que demuestra que es la Tierra la que está girando y no las estrellas.
¿Cómo se ven las fuerzas ficticias en un sistema de referencia giratorio como el de la Tierra?
-En un sistema de referencia giratorio como el de la Tierra, las fuerzas ficticias son pequeñas pero perceptibles, como la menor aceleración que experimenta un objeto en el ecuador comparado con la gravedad.
¿Qué implica que la Tierra esté en movimiento orbital alrededor del Sol?
-Que la Tierra, además de girar sobre su eje, también está en movimiento orbital alrededor del Sol, lo que introduce una aceleración en el sistema de referencia de la Tierra.
¿Cómo se define un sistema de referencia y por qué es importante para la física?
-Un sistema de referencia es un marco de coordenadas utilizado para describir la posición y el movimiento de los objetos. Es fundamental en la física para aplicar y entender las leyes de la mecánica y la inercia.
Outlines
🚗 Ley de Inercia en Sistemas de Referencia Acelerados
El primer párrafo explica un experimento con una pelota en un carro que muestra cómo la trayectoria de la pelota cambia cuando el carro se acelera. Se discute la idea de que, en un sistema de referencia acelerado, la pelota parece ser empujada hacia un lado debido a la falta de una fuerza conocida que actúe en esa dirección, lo que lleva a la conclusión de que la ley de la inercia no es válida en sistemas no inerciales. Se introduce la noción de fuerzas ficticias en sistemas acelerados y cómo estas fuerzas aparecen cuando observamos movimientos en un sistema de referencia que no es inercial, como el de un carro acelerado.
🌀 Fuerzas Ficticias en Sistemas de Referencia Rotativos
El segundo párrafo explora cómo las fuerzas ficticias, como la fuerza centrífuga, surgen en sistemas de referencia rotativos. Se utiliza el ejemplo de una mesa giratoria para demostrar cómo una teja en reposo en la mesa (sistema de referencia rotativo) experimenta una fuerza ficticia que la empuja hacia el centro de la mesa, mientras que desde un sistema de referencia fijo (la tierra), no se observa tal fuerza. Se discute la aceleración centrípeta y cómo la fuerza ejercida por el doctor para mantener la teja en movimiento circular es la fuerza real en el sistema rotativo, pero aparece como una fuerza ficticia desde un sistema inercial.
🌌 Péndulo de Foucault y Sistemas de Referencia Inerciales
El tercer párrafo se centra en el péndulo de Foucault, un experimento que demuestra la rotación de la Tierra. Se explica cómo el plano de oscilación de un péndulo en el polo norte de la Tierra permanece fijo con respecto a las estrellas, pero gira con respecto a la Tierra, lo que confirma la rotación de la Tierra. Se discute la idea de sistemas de referencia inerciales y cómo la Tierra, aunque no es un sistema inercial perfecto, se utiliza como un sistema inercial aproximado debido a su pequeña aceleración con respecto a las estrellas. Además, se aborda la necesidad de introducir fuerzas ficticias en sistemas acelerados para mantener la validez de las leyes físicas.
Mindmap
Keywords
💡Trayectoria
💡Aceleración
💡Inercia
💡Fuerza ficticia
💡Sistema inercial
💡Gravedad
💡Aceleración centrípeta
💡Fuerza centrífuga
💡Péndulo de Foucault
💡Movimiento relativo
Highlights
La trayectoria de la bola es la misma que antes, pero cae en un lugar diferente debido a la aceleración del carro.
Se muestra que la gravedad es la única fuerza actuando sobre la bola, pero la inercia sugiere una fuerza lateral.
La ley de la inercia no es válida en un sistema de referencia acelerado, lo que lleva a la conclusión de que no hay una fuerza real actuando sobre la bola.
Se explica que las fuerzas ficticias aparecen en sistemas de referencia acelerados para justificar la aceleración observada.
Un sistema inercial es donde la ley de la inercia es válida, como es el caso de la Tierra y los objetos que se mueven con velocidad constante con respecto a ella.
Se destaca que el carro que se mueve con velocidad constante es un sistema inercial, mientras que el carro acelerado no lo es.
Se menciona que en un sistema no inercial, como el del carro acelerado, la fe en la ley de la inercia nos lleva a pensar en la existencia de una fuerza ficticia.
Se observa que en un sistema de referencia fijo, como la Tierra, no hay fuerza no balanceada actuando sobre una teja que cae en una mesa giratoria.
Se discute la aceleración centrípeta que ocurre cuando un objeto se mueve en un círculo, y cómo se percibe desde diferentes sistemas de referencia.
Se explica que en el sistema de referencia giratorio, hay una fuerza ficticia que se cree que actúa sobre un objeto en reposo, a veces llamada fuerza centrífuga.
Se argumenta que en el sistema de referencia fijo, no hay fuerzas ficticias, mientras que en un sistema acelerado, como el de la mesa giratoria, sí las hay.
Se menciona que la Tierra gira alrededor de su eje y también viaja en una órbita alrededor del Sol, lo que implica que nuestro sistema de referencia terrestre es aproximadamente inercial.
Se discute que la aceleración de la Tierra en su órbita es mínima y produce efectos muy pequeños en nuestro sistema de referencia.
Se utiliza el péndulo de Foucault para demostrar que la Tierra gira sobre sí misma, ya que su plano de oscilación se mantiene fijo con respecto a las estrellas.
Se concluye que un sistema de referencia en rotación no es un sistema inercial, y que las fuerzas ficticias varían dependiendo de la aceleración del sistema.
Se enfatiza que el sistema de referencia de las estrellas es el mejor para considerarse fijo para todos los propósitos prácticos.
Se resume que en un sistema acelerado se introducen fuerzas ficticias para mantener la validez de la ley de la inercia y otras leyes de la física.
Transcripts
listos
no sé si lo vieron o no pero la
trayectoria de la bola fue la misma que
antes solo que esta vez cayó en un lugar
diferente esto es debido a que el carro
conservo una aceleración en esta
dirección cuando la bola estaba cayendo
ahora voy a dejar que lo vean de nuevo
en movimiento lento con la cámara fija
en el carro
ah
esta vez y vieron la bola moviéndose
hacia un lado y no siguiendo la línea
vertical de referencia como lo hizo en
el caso de velocidad constante
ahora supongan que estaban en este
sistema de referencia acelerado como
podrían explicar este movimiento
la gravedad es la única fuerza que está
actuando sobre la bola así que debiera
caer hacia abajo pero si la ley de la
inercia es válida debe haber una fuerza
empujando sobre la bola lateralmente en
esta dirección para hacer que se desvíe
de la trayectoria vertical pero qué
clase de fuerza es no es una fuerza
gravitacional eléctrica o nuclear de
hecho no es una fuerza tal y como la
conocemos así que somos llevados a
concluir que puesto que no hay fuerza
que pudiera empujar sobre la bola en
esta dirección la ley de la inercia no
es válida a un sistema de referencia en
el que la ley de la inercia es válida lo
llamamos sistema inercial la ley de
inercia es válida en un sistema de
referencia de la tierra así que es un
sistema inercial el carro que se mueve
con velocidad constante con respecto a
la tierra es un sistema inercial pero el
carro que es acelerado no
un sistema inercial debido a que el
sistema de referencia en el que estamos
acostumbrados a vivir es uno en el que
es válida la ley de la inercia cuando
vamos a un sistema no inercial como el
del carro acelerado nuestra fe en la ley
de la inercia es tan fuerte que cuando
observamos una aceleración lateral de la
bola pensamos que la causa una fuerza
así que concluimos que hay una fuerza y
algunas veces la llamamos fuerza
ficticia las fuerzas ficticias aparecen
en sistemas de referencia acelerados el
sistema es acelerado en esta dirección
así que ustedes observan en el sistema
una aceleración de la bola en esta
dirección y dicen que hay una fuerza que
la causa
qué está sucediendo ahora porque una
teja no se mueve en línea recta a través
de la mesa como hacía antes
como ustedes pueden ver no lo hace
así es que si creemos en la ley de la
inercia debemos creer que hay una fuerza
no balanceada que cambia la velocidad de
la texas pero estrategia está casi sin
fricción así es que no puede estar
creciendo esta fuerza no balanceada
sobre él
supongan que observan el movimiento en
esta vez a través de una cámara fija en
el sistema de referencia de la tierra
creo que si se concentran en observar
sólo a las tejas pueden ver que se mueve
en una línea recta
y que por lo tanto no hay fuerza no
balancear actuando sobre ella
ahora vamos a detener esta rotación para
poder hablarles de lo que está
sucediendo aquí
no sé ustedes pero yo estoy mareado
en el sistema de referencia fijo en la
tierra no había fuerza no balanceada
pero en el sistema de referencia en esta
mesa giratoria había una fuerza no
balanceada porque la velocidad está teca
estaba cambiando esta era una fuerza
ficticia el sistema de rotación en su
sistema no inercial o acelerado al igual
que el sistema acelerado del carro que
demostró aquí hace unos minutos el
doctor yum
ustedes saben que todo objeto que se
mueve en un círculo tiene una
aceleración hacia el centro del mismo
esta aceleración tiene un nombre
especial aceleración centrípeta ahora
depende esta tenga un momento a mantenla
firme mientras la mesa está girando me
bajaré
está listo y listo empiece la rotación
ustedes ven que ahora las tejas se mueve
en un círculo el doctor gero está
ejerciendo una fuerza para mantenerlo
moviéndose en un círculo y pueden ver
esto a partir del hecho de que el anillo
de une se extienden él está ejerciendo
la fuerza centrípeta y esa es la única
fuerza horizontal que actúa sobre las
cejas
pero ahora mirémoslo de nuevo desde su
punto de vista en el sistema de rotación
él está ejerciendo una fuerza hacia el
centro de la mesa y sin embargo la teja
está en reposo bueno más o menos en
reposo hay algo de vibración ahora él
cree en la ley de la inercia piensa que
hay una fuerza igual sobre las cejas que
se aleja del centro de la mesa así que
no hay fuerza no balanceada
esta fuerza hacia afuera sobre la teja
es en este caso la fuerza ficticia
algunas veces llamada fuerza centrífuga
en el sistema de referencia fijo no hay
fuerza exterior sobre una teja
ahora supongan que el doctor hume ya no
ejerce la fuerza observen la ceja
en el sistema de referencia fijo la teja
se mueve en línea recta
ahora no hay fuerza no balancear
actuando sobre el observemos de nuevo
desde su punto de vista en el sistema en
rotación cuando él suelta la teja que
para él estaba en reposo se mueve la
fuerza que se aleja del centro es para
él ahora una fuerza no balanceada sobre
las tejas
recuerden para nosotros la fuerza
ejercida hacia afuera sobre la teja es
ficticia porque no existe nuestro
sistema de referencia de la tierra pero
para el doctor human o el sistema de
referencia acelerado es una fuerza
perfectamente real
espero que el doctor y yo nos hayamos
convencido de que un sistema de
referencia en rotación no es un sistema
inercial ahora ustedes saben que la
tierra está girando alrededor de su eje
y también que viaja en una órbita casi
circular alrededor del sol porque
entonces encontramos que en un sistema
de referencia firmemente unido a la
tierra parece ser válida la ley de la
inercia porque no observamos una fuerza
ficticia
la magnitud de las fuerzas ficticias que
tenemos que introducir en un sistema no
inercial depende de la aceleración del
sistema a menor aceleración menor fuerza
ficticia menores fuerzas ficticias que
introducimos aquí hay un sistema de
referencia unido al ecuador de la tierra
la aceleración del sistema es realmente
muy pequeña debido a que la tierra está
girando alrededor de su eje tiene una
aceleración directamente hacia adentro
de tres centésimas de metro por segundo
al cuadrado así que es sobre una masa de
un kilogramo en el ecuador hay una
fuerza ficticia de tres centésimas de
newton actuando directamente hacia
arriba
pero está encubierta por la gravedad que
es una fuerza ejercida hacia abajo de
9.8 neutros así que la fuerza neta
ejercida hacia abajo es menor que la de
la gravedad sola y si yo dejo caer una
masa de un kilogramo en el ecuador la
aceleración será ligeramente menor que
la de la gravedad sola pero realmente no
mucho menor ahora bien la aceleración de
la tierra en su órbita es menor todavía
y produce efectos aún más pequeños en
nuestro sistema de referencia yo dije
que la tierra está girando alrededor de
su eje como sabemos que eso es cierto
bien si ustedes toman una fotografía de
tiempo de las estrellas parece que se
están moviendo en círculos alrededor de
la estrella polar pero todo movimiento
es relativo hay alguna forma de decir
quién se está moviendo la tierra o la
estrella el hecho de que es la tierra la
que está girando puede ser demostrado
por medio de un péndulo si pongo a
oscilar un péndulo oscila hacia atrás y
hacia adelante
plano ahora resulta que si este péndulo
estuviera en el polo norte de la tierra
el plano de oscilación permanecería fijo
con relación a las estrellas pero
giraría con relación a la tierra les
mostraré lo que quiero decir
este péndulo está en el centro de esta
mesa giratoria que representará a la
tierra
ahora voy a hacer girar la mesa en esta
dirección
pondré una flecha negra para que se
acuerden
bien me empieza en la rotación
el péndulo está en el polo norte de la
tierra y ustedes están observando ese
movimiento como ordinariamente lo hace
en la tierra
el plano de oscilación gira en la
dirección opuesta de la rotación de la
mesa y exactamente a la misma velocidad
ahora observen lo desde la cámara fija
que representará el sistema de las
estrellas
la mesa giratoria la tierra gira pero el
plano del péndulo permanece fijo un
péndulo para este fin es llamado péndulo
de foucault
ustedes me vieron empezar a mover uno al
principio de esta película veámoslo de
nuevo este péndulo de focault deja caer
a arena cuando oscila yo creo que
ustedes pueden ver la linea desvanecida
donde el rastro de la arena empieza la
amplitud de la oscilación está
disminuyendo el rastro de arena ya no es
tan largo pero la cosa importante de ver
es que el plano de la oscilación ha
estado girando durante la media hora que
les hemos estado hablando
sistema de referencia inercial es aquel
en el que la ley de la inercia es válida
todos los sistemas de referencia que se
mueven a velocidad constante con
respecto a un sistema inercial son
también sistemas inercial es nosotros
usamos a la tierra como un sistema
inercial pero es sólo un sistema
aproximado tiene una pequeña aceleración
con respecto a las estrellas por ejemplo
el sistema de referencia de las
estrellas es el mejor cuando buscamos un
sistema de referencia que esté fijo para
todos los propósitos prácticos un
sistema de referencia acelerado no es un
sistema inercial y en un sistema
acelerado tenemos que introducir fuerzas
que llamamos fuerzas ficticias con el
fin de que la ley de la inercia y otras
leyes de física no cambien
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