¿La primera ley de Newton enuncia algo sustancial o se limita a describir una convención?

Question

A menudo se dice que la primera ley de Newton definir qué es un marco de inercia, es decir, un marco de referencia en el que un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza se mueve con velocidad constante. En otras palabras, un marco en el que se cumple la primera ley.

Sin embargo, esto plantea la cuestión de qué se entiende por "no actuado por una fuerza" y, más generalmente, cómo y qué definimos como fuerza. Supongamos que estamos flotando en el espacio con otro objeto cercano. El objeto está en reposo con respecto a usted, por lo que determina que su marco es inercial. Ahora supongamos que el objeto empieza a moverse de forma aparentemente arbitraria. Tienes al menos estas opciones:

1. Puedes decir que ya no estás en un marco inercial, sino que estás siendo acelerado en todos los sentidos, y por eso el objeto parece moverse. (Fuerzas ficticias).

2. O puedes decir que de hecho sigues en un marco inercial, y que el objeto se mueve ahora debido a algunas fuerzas dependientes del tiempo que empezaron a actuar sobre él. Tal vez, incluso después de observar el movimiento del objeto durante mucho tiempo, serías capaz de describir el movimiento, y por lo tanto estas fuerzas, cuantitativamente.

Por supuesto, cuando hay más de un objeto en movimiento, puede ser más sencillo elegir 1 sobre 2, a efectos de cálculo. Pero si es así, entonces la determinación de si estás en un marco inercial o no es un hecho objetivo, sino una convención subjetiva que eliges emplear para simplificar tus cálculos. ¿Cuál es entonces el contenido objetivo de la primera ley?

Answer 1

¿Cuál es entonces el contenido objetivo de la primera ley?

Newton formuló la primera ley de esta manera:

"Todo cuerpo persevera en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en una línea recta, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas impresas en él". (I.)

No creo que en el libro de Newton se mencionara el "marco de referencia inercial" (pero no lo sé con seguridad). Newton utilizó en cambio la noción de espacio absoluto. La primera ley fue mencionada para aplicarse con respecto a este espacio absoluto, y por necesidad también a todos los marcos de referencia que están en movimiento uniforme con respecto a él.

Si no aceptamos esta configuración de la primera ley (como Ernst Mach, que criticó la noción de espacio absoluto), la primera ley no siempre es válida. Por ejemplo, un observador en una rotonda observa que los objetos en el suelo se mueven con aceleración sin la presencia de las correspondientes fuerzas impresas.

Así, para preservar la coherencia de la mecánica newtoniana sin espacio absoluto, la noción de marco de referencia inercial que es una noción más cercana al principio de relatividad. "Marco inercial" es un cuerpo rígido tal que en su sistema de coordenadas la primera ley es válida.

... la determinación de si estás en un marco inercial o no es un hecho objetivo, sino una convención subjetiva que decides emplear para simplificar tus cálculos.

Uno no puede determinar con certeza si está en un marco inercial o no. Por definición, eso requeriría comprobar que todos los cuerpos libres se mueven exactamente de forma rectilínea, lo cual es imposible.

¿Cuál es entonces el contenido objetivo de la primera ley?

En el punto de vista relativista, el contenido es que el marco inercial existe, o al menos, desde el punto de vista pragmático, que se pueden encontrar marcos cercanos al inercial y adoptarlos de forma útil.

Hasta ahora la experiencia demuestra que la suposición del marco inercial puede hacerse siempre con éxito. Con mayor o menor precisión, puede ser el marco de la Tierra, o el marco con origen en el centro del sistema Tierra-Luna, o el Sol; todos con orientación fija respecto a las estrellas. No sabemos con certeza que tales marcos sean exactamente inerciales, lo más probable es que no lo sean, pero suponiendo que lo sean, obtenemos resultados muy fiables; su desviación de la inercialidad perfecta es insignificante.

Answer 2

Digamos que quieres construir un modelo de física en un programa de ordenador. JavaScript es un ejemplo fácil, aquí hay un objeto con una coordenada x y una velocidad a lo largo de la dimensión x y que es dx. Su programa es entonces algo como

object1 = {x: 0, dx: 3} ; 
while (true) 
    object1.x = object1.x + object1.dx; 

Así que eso cubre la primera ley del movimiento.

Sin eso, la segunda ley no haría realmente nada, ¿verdad? Podrías aplicar una fuerza (que cambia dx) pero sin la inercia, ¿qué sentido tiene?

Answer 3

No sé qué quiere decir con "contenido objetivo". Pero puedo decirte que parece Newton pensamiento el contenido era. En la época en que Newton escribió, la primera ley era un repudio a la opinión aristotélica de que la fuerza era necesaria para mantener el movimiento de un objeto.

Del artículo de la Wiki sobre Las leyes de Newton :

El antiguo filósofo griego Aristóteles opinaba que todos los objetos tienen un lugar natural en el universo: que los objetos pesados (como las rocas) querían estar en reposo en la Tierra y que los objetos ligeros, como el humo, querían estar en reposo en el cielo y las estrellas querían permanecer en los cielos. Pensaba que un cuerpo estaba en su estado natural cuando estaba en reposo, y para que el cuerpo se moviera en línea recta a una velocidad constante era necesario un agente externo que lo impulsara continuamente, ya que de lo contrario dejaría de moverse. Sin embargo, Galileo Galilei se dio cuenta de que es necesaria una fuerza para cambiar la velocidad de un cuerpo, es decir, la aceleración, pero no es necesaria ninguna fuerza para mantener su velocidad. En otras palabras, Galileo afirmó que, en ausencia de una fuerza, un objeto en movimiento seguirá moviéndose. La tendencia de los objetos a resistir los cambios de movimiento era lo que Galileo llamaba inercia. Esta idea fue refinada por Newton, que la convirtió en su primera ley, también conocida como la "ley de la inercia": si no hay fuerza, no hay aceleración y, por tanto, el cuerpo mantendrá su velocidad. Como la primera ley de Newton es una reafirmación de la ley de la inercia que ya había descrito Galileo, Newton le dio el crédito correspondiente a Galileo.

Parece que, al hablar de que la primera ley sólo es correcta en marcos de referencia inerciales, ya has aceptado el contenido revolucionario de la primera ley: el propio concepto de inercia.