Fuerzas de Inercia

Las leyes de Newton para el movimiento únicamente son válidas si se aplican sobre un sistema de referencia inercial (sistemas de referencia que se encuentran en reposo o se mueven con velocidad constante). Sin embargo, es posible aplicar la mecánica clásica a sistemas de referencia no inerciales (sistemas de referencia que se encuentran en movimiento acelerado), introduciendo fuerzas ficticias. 

Vamos a explicarlo mejor con un ejemplo. Imagina por un instante que estas en una feria y entras en una atracción de terror. Pasas a una habitación de la que cuelga una lámpara y de repente observas que la lámpara se desplaza cierto ángulo sobre la vertical y se queda parada pero doblada. Lo más probable es que aparte de extrañarte, te preguntes que está ocurriendo. Y aunque en ese momento no estés para muchos cálculos de Física, si lo piensas bien, sobre la lámpara estarán actuando 3 fuerzas: su peso ($\overrightarrow{P}$), la tensión del cable ($\overrightarrow{T}$) y una fuerza ($\overrightarrow{F_i}$) que obliga a la lampara a mantenerse con ese grado de inclinación.

En este caso, la fuerza resultante:

$$\begin{gathered} {\sum }_{}\overrightarrow{F_1}=m·\overrightarrow{a} \Rightarrow \\ {\sum }_{}\overrightarrow{F_1}=0 \Rightarrow \\ \overrightarrow{T}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_i=0 \Rightarrow \\ {\overrightarrow{F}}_i=-(\overrightarrow{T}+\overrightarrow{P}) \end{gathered}$$

Cuando terminas y sales, un técnico de la atracción te invita a que veas desde fuera como funciona, y observas que la habitación tiene ruedas y cuando la gente entra comienza a moverse con una aceleración constante haciendo que la lámpara que cuelga en su interior se incline cierto ángulo.

Si analizas la situación como antes, la fuerza resultante es:

$${\sum }_{}\overrightarrow{F_2}=\overrightarrow{T}+\overrightarrow{P}=m·\overrightarrow{a}$$

Has experimentado el fenómeno desde dos puntos de vista distintos, o lo que es lo mismo, utilizando dos sistemas de referencias. Cuando estabas dentro, tú y tu sistema de referencia en ese momento os movíais con la misma aceleración y velocidad (sistema de referencia no inercial),  dando la impresión de que nada en tu sistema de referencia se mueve, la lámpara permanece en su sitio pero inclinada.  Cuando lo observaste desde fuera, en tu sistema de referencia ahora ya estático (sistema de referencia inercial), la habitación y la lampara se mueven como un conjunto.

Como puedes comprobar, solo podíamos explicar lo que ocurría en el primer caso, introduciendo una fuerza ($\overrightarrow{F_i}$) que en realidad no existe (ficticia). Esta fuerza es lo que se conoce como una fuerza de inercia. Y dicha fuerza es equivalente a la resultante de la fuerzas en el segundo caso pero de sentido contrario:

$${\sum }_{}\overrightarrow{F_2}=-{\overrightarrow{F}}_i$$

Por tanto, únicamente podemos hablar de fuerzas de inercia cuando trabajamos con sistemas de referencia no inerciales.

Otro ejemplo claro de fuerza de inercia es la fuerza conocida como fuerza centrífuga que estudiaremos en un apartado posterior.