Testo
Il passeggero. Viaggi in treno seduto a un tavolino; una pallina è ferma sul tavolo. Il treno comincia a rallentare. Dal tuo punto di vista (in treno) la pallina rotola in avanti. Dal punto di vista di un osservatore fermo a terra, che cosa sta facendo la pallina? Chi dei due “ha ragione”, e in che senso? Discuti richiamando il concetto di sistema di riferimento.
Soluzione
L’osservatore a terra (sistema inerziale). Prima della frenata, treno, tavolino e pallina si muovono tutti insieme alla stessa velocità. Quando il treno rallenta, sulla pallina in orizzontale non agisce alcuna forza apprezzabile (il tavolo è liscio): per il primo principio essa mantiene la propria velocità, proseguendo di moto rettilineo uniforme. Non è la pallina ad accelerare in avanti: è il treno (e con esso il tavolo) a decelerare, “sfilandosi” da sotto la pallina. Vista da terra, la pallina va semplicemente avanti dritta come prima.
Il passeggero (sistema non inerziale). Il passeggero è solidale con il treno, che sta decelerando: il suo è un sistema di riferimento accelerato, cioè non inerziale. Rispetto a lui la pallina parte spontaneamente in avanti, come se fosse spinta da una forza. Ma questa forza non ha alcun corpo che la eserciti: è una forza fittizia (o apparente), che compare solo perché stiamo descrivendo il moto da un riferimento accelerato.
Chi ha ragione? Entrambi descrivono correttamente ciò che vedono, ma solo l’osservatore a terra sta in un sistema di riferimento inerziale, quello in cui valgono i principi di Newton senza dover introdurre forze fittizie. Il passeggero, per far tornare i conti, deve aggiungere a mano una forza in avanti che in realtà non esiste. In questo senso preciso la descrizione “fondamentale” è quella dell’osservatore inerziale: il moto della pallina è spiegato dal solo principio d’inerzia, senza artifici.
Collegamenti
Argomenti: Dinamica Concetti: Primo principio della dinamica