Principio de relatividad
En física, el principio de relatividad es el requisito de que las ecuaciones que describen las leyes de la física sean iguales en todos los marcos de referencia.
En el año 300 a.C., el filósofo griego Aristóteles pensó que los objetos pesados caen más rápido que los que no lo son. La ciencia natural de Aristóteles fue la más popular en el pensamiento occidental durante 2.000 años.
En 1600, el astrónomo italiano Galileo Galilei demostró que todos los objetos caen con la misma aceleración. Por lo tanto, cuanto más tiempo se mueva un objeto con una aceleración constante, más rápida será su velocidad final. Además, si se dejan caer desde el reposo diferentes objetos, cada uno de ellos con una masa diferente (la velocidad inicial es cero), a la misma altura en el vacío, todos caerán al suelo con la misma velocidad, independientemente de su masa. Los descubrimientos experimentales de Galileo y las leyes del movimiento desarrolladas matemáticamente por Newton dieron origen a la ciencia moderna.
El principio de relatividad de Galileo afirma que "es imposible por medios mecánicos decir si nos movemos o permanecemos en reposo". Si dos trenes se mueven a la misma velocidad y en la misma dirección, un pasajero de cualquiera de ellos no podrá notar que ninguno de los dos trenes se está moviendo. Sin embargo, si el pasajero toma un marco de referencia fijo, un punto fijo, como la tierra, entonces podrá notar el movimiento de cualquiera de los dos trenes. Además, si uno se sitúa en la tierra, no podrá ver que ésta se mueve.
Este principio se extrae simplemente de la observación. Por ejemplo, si viajamos en avión a una velocidad constante, podemos recorrer el interior del avión sin notar nada especial.
Desde un punto de vista práctico, esto significa que las leyes del movimiento de Newton son válidas en todos los sistemas inerciales, es decir, los que están en reposo o los que se mueven con velocidad constante respecto a uno considerado en reposo. Esta es la ley de la inercia: un cuerpo en reposo continúa en reposo y un cuerpo en movimiento continúa en movimiento en línea recta a menos que sea influenciado por una fuerza externa. Un sistema de coordenadas galileano es aquel en el que la ley de la inercia es válida. Las leyes de la mecánica de Galileo y Newton son válidas en un sistema de coordenadas galileano. Si K es un sistema de coordenadas galileanas, cualquier otro sistema K' es un sistema de coordenadas galileanas si está en reposo o se mueve según la ley de la inercia respecto a K. Respecto a K', las leyes mecánicas de Galileo y Newton son tan válidas como respecto a K.
Si, con respecto a K, K' es un sistema de coordenadas que se mueve según la ley de la inercia y carece de rotación, entonces las leyes de la naturaleza obedecen los mismos principios generales en K' que en K. Esta afirmación se conoce como Principio de Relatividad.En otras palabras, si una masa m está en reposo o se mueve con aceleración constante (la aceleración constante podría ser igual a cero, en cuyo caso la velocidad permanecería constante) en una línea recta respecto a un sistema de coordenadas galileano K, entonces también estará en reposo o se moverá con aceleración constante en una línea recta respecto a un segundo sistema de coordenadas K' siempre que la ley de la inercia sea válida en el sistema K' (en otras palabras, siempre que sea un sistema de coordenadas galileano).
Por tanto, si queremos observar un efecto en un sistema en movimiento a velocidad constante, podemos aplicar directamente las leyes de Newton. Si el sistema en movimiento se acelera (o nosotros lo hacemos con respecto a él, como cuando miramos las estrellas desde la Tierra), tendremos que introducir fuerzas imaginarias para compensar este efecto.
Estas fuerzas ficticias se denominan fuerza centrífuga y fuerza de Coriolis.
Las leyes del movimiento de Newton son mecánicamente precisas para velocidades lentas comparadas con la velocidad de la luz. Para velocidades que se acercan a la de la luz, es necesario aplicar los descubrimientos de la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein.
Para describir lo que sucede mecánicamente en el universo, los físicos utilizan la masa, la longitud y el tiempo. En la física de Galileo y Newton, estas cantidades son las mismas en todo el universo.
Con la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, estas cantidades pueden cambiar.
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- Teoría general de la relatividad
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el Principio de Relatividad?
R: El Principio de Relatividad afirma que las ecuaciones que describen las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia.
P: ¿Quién propuso por primera vez este principio?
R: El filósofo griego Aristóteles propuso por primera vez este principio en el año 300 a.C.
P: ¿Qué demostró Galileo Galilei?
R: Galileo Galilei demostró que todos los objetos caen con la misma aceleración, independientemente de su masa.
P: ¿Cómo dieron origen los descubrimientos de Galileo a la ciencia moderna?
R: Los descubrimientos de Galileo y las Leyes del Movimiento de Newton desarrolladas matemáticamente dieron origen a la ciencia moderna.
P: ¿Qué significa que dos trenes se muevan a la misma velocidad en la misma dirección?
R: Si dos trenes se mueven a la misma velocidad en la misma dirección, un pasajero de cualquiera de ellos no podrá notar que ninguno de los dos trenes se está moviendo. Sin embargo, si toman un marco de referencia fijo (como la Tierra), podrán notar su movimiento.
P: ¿Cómo se aplican las leyes de Newton cuando las velocidades se aproximan a la velocidad de la luz?
R: Cuando las velocidades se aproximan a la velocidad de la luz, es necesario aplicar la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein en lugar de las Leyes del Movimiento de Newton porque estas leyes sólo siguen siendo mecánicamente exactas para velocidades que son lentas en comparación con la velocidad de la luz.
