¿Qué es un sistema de referencia en el campo de la física?

Un sistema de referencia es como tu punto de vista cuando observas el mundo. Imagina que estás en un tren en movimiento. Desde tu asiento, ves pasar árboles y casas por la ventana. Pero alguien que esté quieto en el andén te verá a ti moviéndote junto con el tren. Ambos tenéis razón desde vuestro propio sistema de referencia.

En física esto es fundamental, para describir el movimiento de los objetos. Necesitamos establecer desde dónde estamos observando para poder medir posiciones velocidades y aceleraciones. La elección del sistema de referencia afecta los cálculos y las ecuaciones que usamos. Por ejemplo, si queremos estudiar el movimiento de los planetas podemos tomar el Sol como referencia fija. Esto simplifica mucho las cosas.

Pero si estuviéramos en Marte veríamos el Sol y la Tierra moverse de forma compleja. Las leyes de la física son las mismas pero las ecuaciones cambian según el punto de vista que elijamos. Por eso es tan importante definir bien el sistema de referencia al inicio de cualquier problema. Sistemas inerciales y no inerciales.

Sistemas inerciales y no inerciales 

Hay sistemas de referencia especiales llamados inerciales. En ellos se cumplen las leyes de Newton tal cual las conocemos. Un sistema inercial está en reposo o se mueve con velocidad constante. Por ejemplo, un laboratorio en la Tierra se considera inercial para la mayoría de experimentos. Aunque la Tierra gira y se traslada los efectos son despreciables a escala humana. 

En cambio, un coche acelerando o frenando es un sistema no inercial. Dentro de él las leyes de Newton parecen no cumplirse. Los sistemas no inerciales son más complicados de analizar. En ellos aparecen fuerzas ficticias, como la centrífuga. Si giras un cubo con agua atado a una cuerda el agua no se cae aunque el cubo esté boca abajo en lo más alto. 

Desde fuera vemos que la fuerza centrípeta de la cuerda mantiene el agua en su sitio. Pero alguien dentro del cubo diría, que una misteriosa fuerza empuja el agua hacia abajo. Esa es la fuerza centrífuga que solo existe en el sistema de referencia giratorio. Entender estas diferencias es clave para resolver problemas de física.

Relatividad y sistemas de referencia 

La teoría de la relatividad de Albert Einstein, revolucionó nuestra forma de entender los sistemas de referencia. Demostró ante todo que no existe un sistema absoluto. Además de que las leyes físicas, deben ser iguales para todos los observadores. Esto llevó a conclusiones sorprendentes. 

El tiempo pasa más lento para objetos que se mueven a gran velocidad. Y la simultaneidad de eventos, depende del observador. Dos sucesos que ocurren a la vez para alguien, pueden no serlo para otro que se mueva respecto al primero. Estas ideas parecen ir contra el sentido común. Pero se han confirmado experimentalmente muchas veces. 

Los GPS de nuestros móviles tienen que tener en cuenta efectos relativistas para funcionar con precisión. Las partículas en los aceleradores viven más tiempo del que deberían por la dilatación temporal. La relatividad nos obliga a repensar conceptos básicos como el espacio y el tiempo que creíamos absolutos. Todo depende del sistema de referencia del observador.

Sistemas de referencia en la vida cotidiana 

Aunque no seamos conscientes usamos sistemas de referencia todo el tiempo. Cuando das indicaciones para llegar a un sitio, estás usando la calle como referencia. Si dices "gira a la derecha" asumes que la otra persona está orientada igual que tú. 

En los deportes el sistema de referencia es crucial. Un futbolista tiene que calcular pases y tiros, teniendo en cuenta su propio movimiento y el de sus compañeros y rivales. Incluso al aparcar usamos varios sistemas de referencia combinados: el coche los otros vehículos y la acera. 

Comprender los sistemas de referencia nos ayuda a ver el mundo de forma más flexible. Nos recuerda que nuestra perspectiva no es la única válida. Lo que es verdad, desde un punto de vista puede no serlo desde otro. 

Esto se aplica no solo a la física sino a muchos aspectos de la vida. Nos enseña a ponernos en el lugar del otro y a cuestionar nuestras propias percepciones. Al fin y al cabo, como dijo Einstein, "todo es relativo".