Ley de la inercia

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Galileo rompe con la intuición errónea más arraigada sobre la naturaleza del movimiento: la creencia de que para que un cuerpo tenga una velocidad es necesaria una interacción continua.

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• Galileo observa el movimiento de cuerpos en pequeñas regiones de la superficie terrestre. Por ejemplo, el deslizamiento de un cuerpo por una superficie horizontal:
  • Si se deja de empujar el cuerpo, termina deteniéndose: sufre una aceleración que reduce su velocidad respecto a la superficie hasta que se anula.
  • Pero si la superficie está más pulida, el cuerpo tarda más en pararse y recorre una distancia mayor: la aceleración que sufre es menor.
  • Por tanto, existe una interacción de contacto entre la superficie y el cuerpo (“fricción” o “rozamiento”), cuyo efecto disminuye cuando la superficie está más pulida. Si se pudiera reducir la fricción hasta que la superficie fuera “perfectamente lisa”, la aceleración del cuerpo sería nula.
  • Cuando la superficie es perfectamente horizontal, el cuerpo se mueve en línea recta. Para que el cuerpo curve su trayectoria, es necesaria una interacción: que algo lo empuje en la dirección perpendicular a la trayectoria.
• Galileo concluye que una partícula libre (que no sufre ninguna interacción) permanecería en reposo o movimiento rectilíneo uniforme.

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Cuestión: ¿respecto a qué sistema de referencia (SR)?

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• Si esta ley se cumple en un SR, entonces NO se cumple en otro SR que esté acelerado respecto al primero. Por ejemplo, consideremos un coche que se mueve con una aceleración respecto al suelo:
  • Desde un SR situado en un punto del suelo, se aprecia que el conductor del coche se mueve de forma acelerada hacia adelante: el asiento del coche está interaccionando con él, modificando su velocidad. Esto es compatible con la ley de la inercia.
  • Desde un SR situado en un punto del coche, el conductor aprecia que una persona sobre el suelo se mueve de forma acelerada hacia atrás, pero no se observa que ningún otro cuerpo esté ejerciendo ninguna influencia sobre esa persona que le pueda hacer moverse de esa forma. En otras palabras, no se cumple la ley de la inercia.
• Otro detalle a tener en cuenta en el análisis de Galileo es que supone implícitamente que la partícula observada no pierde ni gana materia con el tiempo.
• Por tanto, la ley de la inercia se puede enunciar más precisamente como:

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1ª ley de Newton (ley de la inercia, 1LN). Se pueden encontrar sistemas de referencia en los que, con suficiente grado de precisión en un contexto dado, se cumple que una partícula libre que no intercambia materia permanece en reposo o con movimiento rectilíneo uniforme ( $\overrightarrow{\boldsymbol{a}}\boldsymbol{=}\overrightarrow{\boldsymbol{0}}$). Éstos se llaman de sistemas de referencia inerciales (SRI).

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• Podemos considerar esta ley:
  • En parte como una definición de los SRI.
  • En parte como una constatación de hechos experimentales: los SRI se pueden encontrar experimentalmente, al menos con el grado de precisión necesario para describir un cierto experimento dado.

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Cuestión: unos ejes fijos en un punto de la superficie de la Tierra, ¿son un SRI?

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• Respuesta: depende del contexto.
  • La Tierra rota en torno a su eje y cualquier SR en su superficie está sometido a una aceleración normal.
  • De la misma manera, la Tierra está rotando en torno al Sol, lo que implica otra aceleración adicional, incluso más pequeña.
  • El sistema solar rota en torno al centro de la Vía Láctea, la cual, a su vez, también está en movimiento, etc. (estos efectos son aún más pequeños).
• Si, como en el ejemplo de Galileo, pretendemos describir el movimiento de cuerpos en pequeñas regiones de la superficie de la Tierra, estos efectos son muy pequeños y normalmente podremos considerar la superficie de la Tierra como un SRI.
• Si pretendemos, por ejemplo, describir el movimiento de proyectiles o del aire atmosférico a gran escala, deberemos tener en cuenta que la Tierra no es un SRI por encontrarse en rotación.

Masa

• Llamamos inercia a la tendencia de las partículas a mantener la velocidad constante en un SRI. A partir de ahora, si no se indica nada, referiremos el movimiento de los cuerpos a un SRI.
• Para una cierta interacción, hay cuerpos cuya velocidad se modifica mucho (cuerpos con poca inercia) y otros cuerpos cuya velocidad se modifica poco (cuerpos con mucha inercia).
• Además, esta inercia no depende de la dirección del movimiento, por lo que se puede cuantificar por una magnitud escalar denominada masa, cuya unidad en el SI es el kilogramo (kg). A mayor masa, mayor inercia.