Sistemas de referencia

Lo que vamos a hacer en este video es hablar  de los sistemas de referencia, también se les   conoce como marcos de referencia. Los sistemas  de referencia se utilizan en la Física clásica,   en la Mecánica y en la Física relativista; pero  este video es introductorio, por lo que vamos   a referirnos sólo a la Mecánica clásica, a la  descripción del movimiento en términos de la   Física de Newton. En el estudio del movimiento  nos interesa poder describir la posición de un   móvil o su velocidad o aceleración. Para hacer  esto necesitamos definir un punto de partida,   un punto a partir del cual hacer mediciones. Así  que un sistema de referencia es un conjunto de   convenciones que establecemos para medir alguna  variable física. Para establecer un sistema de   referencia en una situación determinada y  poder realizar mediciones, utilizamos los   ejes coordinados, el plano cartesiano, y decimos  que un sistema de referencia es inercial si se   cumplen las Leyes de Newton. Hagamos un ejemplo.  Vamos a registrar la posición de un móvil a través   del tiempo en una tabla. Ojo, podríamos hacer  lo mismo para la velocidad o la aceleración. En   la primera columna vamos a poner el tiempo. El  tiempo puede estar medido en segundos, minutos,   horas o días, semanas o años, funciona cualquier  unidad pertinente. Y en la siguiente columna vamos   a registrar la posición del móvil en diferentes  momentos. La posición la podemos medir en metros,   centímetros o kilómetros, según sea el caso.  En este ejemplo, vamos a registrar la posición   de esta pelota que rueda sobre el piso, un  movimiento en la dirección horizontal. Bien,   ya casi estamos listos, pero necesitamos  establecer primero un sistema de referencia   del que dependerán las mediciones. El análisis  del movimiento de la pelota sólo tendrá sentido   si todas las mediciones parten del mismo sistema.  Veamos con mayor detalle esto. En este ejemplo   voy a usar esta regla o cinta de medir para  poder saber la posición de la pelota, es una   especie de eje horizontal coordenado, y en este  ejemplo voy a establecer que el punto de partida,   el punto en donde el observador se encuentra,  es éste que está aquí, en donde la regla indica   0. Éste mi sistema de referencia. Generalmente  seleccionamos el sistema de referencia utilizando   un eje coordenado en la misma dirección de lo  que deseamos medir, esto simplifica mucho los   cálculos. Te recomiendo que tú lo hagas así  también. Ya tengo la tabla en donde registrar   el tiempo y las posiciones de la pelota, tenemos  las marcas para las posiciones en 1, 2, 3, 4, 5,   6, 7, 8 , 9 y 10 unidades de longitud. Digamos  que esta pelota se mueve así. Esto se parece a   un movimiento con velocidad constante, pero podría  ser cualquier clase de movimiento, y vamos a medir   el tiempo con este cronómetro. En el tiempo 0  la pelota está en la posición 0, en el tiempo   1 la pelota está a 2 unidades del origen, en el  tiempo 2 la pelota está a 4 unidades del origen,   en el tiempo 3 la pelota está a 6, en el tiempo 4  la pelota está a 8, en el tiempo 5 la pelota está   a 10. Perfecto, esta tabla muestra el registro de  las posiciones de la pelota en diferentes momentos   de acuerdo al sistema de referencia que elegimos,  que indica desde dónde se observa el fenómeno. El   punto central de nuestro tema, los sistemas de  referencia e inerciales, es que los resultados   de la medición de las magnitudes físicas en el  estudio del movimiento de la Mecánica clásica   dependen de la selección del sistema o marco  de referencia. Vamos a repetir nuestro ejemplo,   pero esta vez vamos a cambiar la selección del  sistema de referencia, la posición del observador:   ahora la posición del observador estará a  4 unidades del 0, del origen. Como se puede   observar, la selección del sistema de referencia  y el origen se hace de manera arbitraria. Voy a   agregar una nueva columna a nuestra tabla para  registrar las posiciones de la pelota a partir   de esta nueva posición del observador. Y ya  tenemos las posiciones de la pelota, así que   vamos a ver con cuidado cuáles son las posiciones  de acuerdo al nuevo sistema de referencia, a la   selección de la nueva posición del observador; la  regla graduada está en el mismo lugar. Veamos. En   el tiempo 0 la pelota está a cuatro unidades a la  izquierda del observador, entonces ponemos aquí   un 4, pero, ¿cómo sabemos que es a la izquierda  del observador? Bien, usaremos la convención de   la recta numérica que dice que los números a  la izquierda tienen signo negativo, entonces,   para indicar que la pelota está a cuatro unidades  a la izquierda, le pondremos un signo negativo al   número 4. Ahora, en el tiempo 1, la pelota está a  2 unidades a la izquierda del observador, así que   ahora registro 2 e indico que es a la izquierda  con un signo negativo: tenemos -2. Sigamos. En   el tiempo 2 la pelota está en la misma posición  que el observador, a 0 unidades del observador;   en el tiempo 3 la pelota está a 2 unidades a la  derecha del observador. Esta vez la convención   nos dice que ese 2 es un número positivo. En el  tiempo 4 la pelota está a 4 unidades a la derecha   del observador, con base en la convención, ese 4  es un número positivo, y en el tiempo 5 la pelota   está a 6 unidades a la derecha del observador,  también es un 6 positivo. Y eso es todo respecto   a las posiciones de la pelota de acuerdo a  la nueva selección del sistema de referencia   de la posición del observador. Es muy importante  mencionar que en ambos casos el movimiento de la   pelota es el mismo: se trata de un solo movimiento  registrado desde dos puntos de vista diferentes,   dos sistemas de referencia e inerciales distintos.  El primero coincide con el 0 del instrumento de   medición y el segundo está a cuatro unidades  del 0 del mismo instrumento. Para terminar,   vamos a revisar nuestra tabla observando las  posiciones que seleccionamos para nuestros   dos sistemas de referencia. En el tiempo cero  la pelota está en la posición 0 de la regla,   si lo vemos de acuerdo al observador uno,  está a cero unidades de él, y de acuerdo al   observador dos está a -4 unidades. En el tiempo  1, la pelota está en la posición 2 de la regla;   si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a  2 unidades de él, y de acuerdo al observador dos,   está a -2 unidades. En el tiempo 2, la  pelota está en la posición 4 de la regla;   si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a  4 unidades de él, y de acuerdo al observador dos,   está a 0 unidades, coincide con la posición del  segundo observador. En el tiempo 3, la pelota   está en la posición 6 de la regla; si lo vemos  de acuerdo al observador uno, está a 6 unidades   de él, y de acuerdo al observador dos, está a 2  unidades. En el tiempo 4, la pelota está en la   posición 8 de la regla; si lo vemos de acuerdo  al observador uno, está a 8 unidades de él,   y de acuerdo al observador 2 está a 4 unidades.  Y, por último, en el tiempo 5, la pelota está en   la posición 10 de la regla; si lo vemos de acuerdo  al observador uno, está a 10 unidades de él y de   acuerdo al observador dos, está a 6 unidades. Con  esto terminamos. Nos vemos en el siguiente video.