Un mochilero que viaja en tren durante la noche, se despierta repentinamente. Las persianas del vagón están completamente cerradas. Al encender su linterna ve sobre una mesita un vaso con agua y parte de un cubito de hielo.
a) ¿Podría sin abrir las persianas determinar si el tren está detenido en una estación (v = 0 respecto de la Tierra) o si está viajando entre estaciones (v = 0 respecto de la Tierra)?
b) ¿Podría determinar si el tren está llegando o saliendo de una estación?
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Respuestas
Respuesta:
a) No
b) Si
Explicación:
Para responder el ejercicio vamos a suponer un tren ideal, donde no hay fricción entre los rieles, ni vibraciones, ni ruidos... Todo ideal. Además consideraremos el tren está herméticamente cerrado, y no se vale usar teléfonos ni comunicación con el exterior. Teniendo en cuenta eso, respondamos las preguntas:
a) ¿Podría sin abrir las persianas determinar si el tren está detenido en una estación (v = 0 respecto de la Tierra) o si está viajando entre estaciones (v = 0 respecto de la Tierra)?
No. Si el tren está en reposo o moviéndose a velocidad constante, no hay absolutamente nada de índole mecánica que le confirme al mochilero que el tren se está moviendo. El concepto de movimiento es un concepto relativo; para un sistema de referencia dado un cuerpo puede hallarse en reposo, para otro puede hallarse en movimiento. Estamos en un marco de referencia inercial, sin contacto con el exterior del tren por lo que no existe ningún experimento de índole mecánica que nos pueda indicar que estamos en movimiento. Nos moveremos a velocidad constante junto al tren, pero nunca lo sabremos.
b) ¿Podría determinar si el tren está llegando o saliendo de una estación?
Sí. Podríamos determinar si el tren sale o llega a la estación. Si el tren está saliendo de la estación, está acelerando, por tanto el tren deja de ser un marco de referencia inercial. Nuestro cuerpo, así como el cubo de hielo, tiende a mantener su estado de reposo (Ley de la inercia) por lo que se juntará con el borde del vaso en la dirección contraria al movimiento. Es muy similar a lo que pasa cuando vamos acelerando en un auto, tendemos a movernos hacia atrás... intentando mantener el estado de velocidad constante o reposo de nuestro cuerpo. Bueno, pues lo mismo pasa con el hielo.
La situación contraria cuando el tren está llegando a una estación es muy similar. El tren desacelera, dejando de ser un marco de referencia inercial. Nuestro cuerpo, y el cubo de hielo, tienden a mantener la velocidad que llevaban, por lo que experimentamos una fuerza hacia adelante, y el hielo se junta con el borde del vaso en la dirección hacia la cual está la estación a la que estamos llegando. Es lo mismo que ocurre cuando nos movemos en un auto y desaceleramos (frenamos), tendemos a movernos hacia adelante.