5.15: Referenciais não inerciais

Um referencial que acelera ou desacelera em relação a um referencial inercial é um referencial não inercial. Para ajudar a entender isso, considere o que há de comum em decolar em um avião, virar uma esquina em um carro, andar em um carrossel e o movimento circular de um ciclone tropical. A resposta é que todos esses sistemas estão acelerando, desacelerando ou girando em relação à Terra, portanto, todos são referenciais não inerciais. Todos esses sistemas apresentam forças inerciais, que apenas parecem surgir do movimento, porque o referencial do observador está acelerando, ou girando. Podemos conciliar esses pontos de vista examinando os referenciais utilizados. Um físico escolherá o referencial mais conveniente para a situação em análise. Os físicos não têm problema em incluir forças inerciais e a segunda lei de Newton, como de costume, se isso for mais conveniente. Da mesma forma, referenciais não inerciais (acelerados) são usados quando são úteis. Diferentes referenciais devem ser considerados, por exemplo, ao discutir o movimento de um astronauta em uma espaçonave viajando em velocidades próximas à velocidade da luz, pois isso se aplica à teoria especial da relatividade.

A Terra pode ser usada como um referencial inercial com pouca ou nenhuma preocupação com quaisquer efeitos causados ​​por sua rotação. No entanto, tais efeitos existem, por exemplo, na rotação de sistemas climáticos. Vista de cima, do Polo Norte, a Terra gira no sentido anti-horário, e qualquer movimento no hemisfério norte da Terra experimenta uma força de Coriolis para a direita. O oposto ocorre no hemisfério sul, onde a força é para a esquerda. Como a velocidade angular da Terra é pequena, a força de Coriolis geralmente é negligenciável, mas tem efeitos substanciais para movimentos em grande escala, como padrões de vento. A força de Coriolis faz com que os furacões no hemisfério norte girem no sentido anti-horário, enquanto os ciclones tropicais no hemisfério sul giram no sentido horário.

A rotação de ciclones tropicais e o caminho de uma bola em um carrossel podem ser igualmente explicados pela inércia e pela rotação do sistema envolvido. Quando referenciais não inerciais são usados, forças inerciais, como a força de Coriolis, devem ser inventadas para explicar o caminho curvo. Não há uma fonte física identificável para essas forças inerciais. Quando referenciais inerciais são utilizados, a inércia explica o caminho percorrido, e há uma fonte identificável para cada força. Podemos usar qualquer uma dessas visões para descrever a natureza, mas uma visão a partir de um referencial inercial é mais simples, pois todas as forças têm origem e explicações.

Este texto foi adaptado de Openstax, University Physics Volume 1, Section 5.6: Common Forces and Section 6.3: Centripetal Force.

Lembre-se de que os referenciais em que as leis de Newton são verdadeiras são conhecidos como referenciais inerciais. No entanto, existem sistemas de referência que desafiam as leis de Newton, chamados de sistemas de referência não inerciais.

Os referenciais não inerciais estão acelerando ou desacelerando em relação aos referenciais inerciais.

Por exemplo, quando um avião decola, os passageiros sentem uma força para trás oposta à aceleração do avião. Isso viola a segunda lei de Newton, segundo a qual os objetos são acelerados na direção da força externa líquida.

Em referenciais não inerciais, forças inerciais ou fictícias que não têm origem física são necessárias para explicar o movimento dos objetos. Portanto, na mecânica, é mais conveniente usar um referencial inercial.

Idealmente, um sistema de referência fixado à Terra não é inercial devido à sua revolução e rotação. No entanto, as forças devidas à rotação da Terra são insignificantes em pequenos movimentos mecânicos, mas afetam movimentos de grande escala, como padrões de vento.

A força fictícia neste referencial desvia o vento no sentido horário no hemisfério norte e no sentido anti-horário no hemisfério sul.