En problemas que involucran movimiento circular, con frecuencia descompone una fuerza en una fuerza radial, F_r, que apunta al centro de movimiento y una fuerza tangencial, F_t, que apunta perpendicular a F_r y tangencial a la trayectoria circular. Dos ejemplos de estas fuerzas son las aplicadas a objetos fijados en un punto y el movimiento alrededor de una curva cuando está presente la fricción.
Objeto fijado en un punto
Use el hecho de que si un objeto está inmovilizado en un punto y aplica una fuerza F a una distancia R desde el pin en un ángulo θ relativo a una línea hacia el centro, entonces F_r = R ∙ cos (θ) y F_t = F ∙ sin (θ).
Imagine que un mecánico empuja el extremo de una llave inglesa con una fuerza de 20 Newtons. Desde la posición en la que está trabajando, debe aplicar la fuerza en un ángulo de 120 grados con respecto a la llave.
Calcule la fuerza tangencial. F_t = 20 ∙ sin (120) = 17.3 Newtons.
Torque
Usa el hecho de que cuando aplicas una fuerza a una distancia R desde donde se fija un objeto, el torque es igual a τ = R ∙ F_t. Puede saber por experiencia que cuanto más lejos del pasador empuja una palanca o una llave inglesa, más fácil es hacerlo girar. Empujar a una distancia mayor del pin significa que está aplicando un torque mayor.
Imagine que un mecánico está presionando el extremo de una llave dinamométrica de 0,3 metros de largo para aplicar 9 Newton-metros de torque. br>
Calcula la fuerza tangencial. F_t = τ /R = 9 Newton-metros /0.3 metros = 30 Newtons.
Movimiento circular no uniforme
Use el hecho de que la única fuerza necesaria para mantener un objeto en movimiento circular en una velocidad constante es una fuerza centrípeta, F_c, que apunta hacia el centro del círculo. Pero si la velocidad del objeto está cambiando, también debe haber una fuerza en la dirección del movimiento, que es tangencial a la ruta. Un ejemplo de esto es la fuerza del motor de un automóvil que hace que se acelere al girar alrededor de una curva o que la fuerza de fricción lo frene para detenerse.
Imagine que un conductor quita un pie del acelerador y deja que un automóvil de 2.500 kilogramos se detenga a una velocidad que comienza desde una velocidad inicial de 15 metros /segundo mientras lo dirige alrededor de una curva circular con un radio de 25 metros. El automóvil recorre 30 metros y demora 45 segundos en detenerse.
Calcule la aceleración del automóvil. La fórmula que incorpora la posición, x (t), en el tiempo t en función de la posición inicial, x (0), la velocidad inicial, v (0) y la aceleración, a, es x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Conecte x (t) - x (0) = 30 metros, v (0) = 15 metros por segundo yt = 45 segundos y resuelva para la aceleración tangencial: a_t = -0.637 metros por segundo al cuadrado.
Use la segunda ley de Newton F = m ∙ a para encontrar que la fricción debe haber aplicado una fuerza tangencial de F_t = m ∙ a_t = 2.500 × (-0.637) = -1.593 Newtons.
