Cos'è un Sistema di Riferimento Inerziale?

In alcuni post abbiamo a volte citato il termine Sistema di Riferimento Inerziale; cerchiamo ora di attribuirgli un preciso significato fisico.

Vediamo, prima di tutto, cosa si intende in generale con sistema di riferimento (per i dettagli vedi Wikipedia):
"Si definisce sistema di riferimento, l'insieme dei riferimenti o coordinate utilizzate per individuare la posizione di un oggetto nello spazio".

Ad esempio, nel caso di una sola dimensione, avremo in particolare che:
"Il sistema di riferimento monodimensionale ideato da Cartesio è costituito da una retta, sulla quale un oggetto, di solito un punto, è vincolato a muoversi. Su questa retta si fissa un'origine, che è consuetudine indicare con O, un verso di percorrenza ed una unità di misura delle lunghezze".

E ciò resta vero anche quando il punto è vincolato a muoversi lungo una curva qualsiasi oppure quando ci troviamo in uno spazio bidimensionale o tridimensionale.

Deve essere però chiaro che ci stiamo riferendo ad enti geometrici, come rette o curve, che assumono significato fisico solo nella corrispondenza che questi enti hanno con la realtà fisica, come ad esempio il laboratorio in cui eseguiamo le nostre misure.

A questo punto possiamo finalmente definire un Sistema di Riferimento Inerziale (vedi Wikipedia):
"Un sistema di riferimento inerziale è un sistema di riferimento in cui è valido il primo principio della dinamica"; tale principio o legge di inerzia afferma (vedi Wikipedia):
"Se un corpo è soggetto ad un sistema di forze a risultante zero, allora rimane in quiete o in moto rettilineo uniforme".

Ciò significa che se non agisce nessuna forza sul sistema oppure la risultante di tutte le forze è nulla, allora il sistema sarà inerziale e quindi continuerà a muoversi con velocità costante oppure nulla.

Si noti però che la definizione è piuttosto ambigua dato che non abbiamo definito rispetto a cosa il sistema si dovrebbe muovere a velocità costante o nulla (quando non agisce nessuna forza); in effetti non possiamo sapere con certezza che il sistema non è sottoposto a nessuna forza, se non verificando in qualche modo il moto rettilineo uniforme dello stesso riferimento.

Possiamo tuttavia osservare che un sistema di riferimento inerziale è sicuramente quello che si trova sufficientemente lontano da tutti gli altri corpi, in modo da non subire nessuna forza esterna.
Nota: ciò è approssimativamente vero poiché tutte le interazioni fondamentali note dipendono, in modo inversamente proporzionale, dal quadrato della distanza oppure hanno un raggio d'azione molto limitato.

È evidente che una volta individuato questo primo* sistema di riferimento inerziale tutti gli altri sistemi simili possono essere da questo derivati, semplicemente verificando se il loro moto è costante o nullo rispetto ad esso: solo così facendo potremo attribuire ad ognuno di questi diversi riferimenti inerziali un ben definito significato fisico.

(*) Un esempio di riferimento inerziale è, con buona approssimazione, quello solidale con le stelle fisse poiché "poste ad una distanza talmente elevata dalla Terra, sembrano immobili" (vedi Wikipedia).