Definição de referenciais inerciais
Em 1885, Ludwig Lange passou a utilizar o termo “referencial inercial” ao invés de “espaço absoluto”, termo de Isaac Newton que era usado até então. Lange achava que a nova definição era mais operacional.
Dentro da mecânica newtoniana, o referencial é, por vezes, chamado de sistema de referencia inercial. A definição dos referenciais inerciais nessa área de estudo da física pode ser resumido assim:
Referencial inercial é um sistema de coordenadas para o qual a Primeira Lei de Newton é verdadeira.
Veja abaixo mais sobre a relação do sistema na mecânica newtoniana.
Lei da Inércia no sistema de referencia inercial
Para se chegar à definição de referenciais inerciais, devemos tomar a lei da inércia newtoniana. A Primeira Lei de Newton afirma que uma partícula isolada pode estar em repouso ou em um movimento retilíneo uniforme:
* Uma partícula permanecerá em repouso, ou seja, imóvel, se estiver em repouso, até que outra força externa atue sobre ela.
* Uma partícula em movimento estará em movimento, numa velocidade constante, até que outra força externa atue sobre ela.
A essa lei damos o nome de lei da inércia. O corpo em movimento, estando plenamente livre, mantém seu descolamento em referência a algo ou alguém. Ele pode ser relativo a um observador (ele mesmo), a uma partícula diversa ou a um sistema livre. No último caso, não há nenhuma interação com o universo no geral, no que diz respeito ao movimento.
O observador em questão é denominado de inercial e o sistema de referência utilizado por ele é o “sistema inercial de referência”. Se há um corpo livre em repouso em relação ao observador inercial próximo a ele, é possível que esse corpo possa ser considerado em movimento, com uma velocidade constante em relação a outros observadores que se encontram em inércia. Acontece isso porque há diferentes observadores inerciais em movimento uniforme relativo.
Não é só a aceleração de relação a um referencial que pode dizer se um corpo está isento de qualquer tipo de força influente sobre ele. Para descobrir se uma partícula não está sujeita a forças diversas, é preciso usar algum tipo de abordagem. Existem várias que demonstram esse resultado:
* Utilizando o raciocínio de que qualquer força tende a diminuir sua potência na medida em que se distancia da fonte natural, pode-se saber se não há nenhuma força atuante sobre o corpo se ele estiver distante de todas as fontes possíveis ao mesmo tempo. Porém, a objeção para tal raciocínio se encontra no Princípio de Mach, segundo o qual o universo distante afeta as matérias, o que ocasionaria problemas com essa abordagem.
* Outra abordagem para saber se há não influência é a que leva em consideração todas as fontes de forças. Isso exigirá que se identifique cada uma delas. Aí reside a dificuldade, pois é possível desconhecer a origem de alguma ou encontrar uma influência não existente e considerá-la.
* Quando se aborda o modo com que as forças alteram-se ao trocar de referencial, é possível obter resultados sobre as ações de forças. A aceleração do referencial ocasiona as chamadas “forças fictícias”, que somem em referenciais inerciais. Pega-se a base da universalidade das leis da física e a exigência referencial de onde as leis são expressas e analisa-se o apanhado. Os referenciais inerciais podem ser observados pela sua diferença, pois neles há a ausência de forças fictícias.
A conservação do momento linear que se refere à terceira lei de Newton é cumprida através de um referencial, que pode definir o referencial inercial. Essa lei não condiz com forças fictícias, sendo as forças reais, em todos os casos, interações entre os corpos que acontecem sempre aos pares.
Embora o planeta Terra, o Sol e as estrelas fixas sejam apontadas como referenciais inerciais para alguns objetivos, eles não são de nenhuma forma. Uma maneira de se comprovar isso é através da experiência do pêndulo de Foucault.
A Primeira Lei de Newton foi considerada pelo próprio autor como verdadeira em todas referenciais que se movam em velocidade uniforme, sem aceleração ou rotação, em relação as estrelas fixas. Um referencial também é inercial se acontecer de se mover em velocidade uniforme em relação a outro referencial inercial.
Newton definiu um principio de relatividade, embora fosse diferente do principio de relatividade especial em dois aspectos:
* Está estritamente ligado à mecânica;
* Não menciona, de nenhuma forma, a simplicidade;
Em relação à semelhança com a relatividade especial, o principio tem a invariância do modelo descrito entre referências mutuamente em translação.
Definição de referenciais inerciais em Einstein
A definição de referenciais inerciais, também chamado de referencial galileano, está no primeiro postulado da relatividade restrita de Albert Einstein, em seu “Fundamentos da Teoria da Relatividade Geral”:
* Princípio da relatividade especial: se um sistema de coordenadas K é escolhido de tal forma que, em relação a ela, as leis da física se apresentam com a forma mais simples, as mesmas leis são válidas em relação a qualquer outro sistema de coordenadas K’ se movendo em translação uniforme em relação a K.
Sendo assim, a definição de referenciais inerciais diz que suas propriedades são iguais às mais comuns Leis da Física. Os símbolos de Christoffel, obtidos através da função lagrangeana, são anulados em um sistema inercial, tanto na mecânica clássica, como na teoria da relatividade restrita.
