Fuerza centrípeta y fuerza centrífuga son dos términos que los estudiantes de física comúnmente confunden o malinterpretan.

Un error típico es que la fuerza centrípeta se dirige hacia el centro de la trayectoria circular de un objeto, mientras que la fuerza centrífuga se dirige hacia afuera, como si los dos actuaran en direcciones opuestas. Sin embargo, ¡solo uno de estos es en realidad una fuerza real real!
Fuerza centrípeta versus fuerza centrífuga

La única fuerza que causa el movimiento circular de un objeto es fuerza centrípeta
, que siempre se dirige hacia el centro del camino circular. Si un automóvil está redondeando una curva, por ejemplo, la fuerza centrípeta que lo hace moverse en una curva en lugar de una línea recta se dirige a lo largo del radio del círculo que el automóvil está trazando.

Consejos

La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia, lo que significa que no es una fuerza real. La fuerza centrípeta es real.

La fuerza centrífuga
, por otro lado, no existe. Al igual que el condensador de flujo "Regreso al futuro", el término fue inventado para ayudar a describir algo imaginario, aunque basado en algunas observaciones reales. Los efectos de moverse en un círculo tienden a hacer que un objeto parezca que está "volando" hacia afuera, y la idea de una fuerza dirigida hacia adentro que causa tal experiencia puede parecer al principio desconcertante. Centrifugal La fuerza es un sentimiento

Cuando un automóvil gira a la izquierda con fuerza, los pasajeros pueden sentirse "arrojados" a la derecha del automóvil. O en el fondo de un bucle en una montaña rusa, los pasajeros pueden sentirse empujados hacia abajo en sus asientos.

Estos sentimientos son el resultado de inercia;
sin embargo, no es una fuerza (aunque puede ser referido como una fuerza aparente
). La inercia describe la tendencia de un objeto a resistir los cambios en su movimiento, como lo describe la Primera Ley de Newton, la Ley de la Inercia.

Cuando el automóvil gira bruscamente o la montaña rusa se lanza, el humano Los cuerpos internos ya se están moviendo con cierta velocidad en una dirección particular. De acuerdo con la Ley de Inercia, estos cuerpos inicialmente resisten
cambian sus velocidades.

Los pasajeros todavía se mueven hacia adelante en el espacio cuando el automóvil comienza a girar bruscamente a la izquierda, por lo que en lugar de ser "arrojado" derecha, "el auto en realidad se estrella contra ellos desde la izquierda cuando se mueve repentinamente.
Una vez que sus cuerpos se recuperan y comienzan a moverse hacia la izquierda también, la sensación de choque termina.

En la montaña rusa, los cuerpos todavía se mueven hacia abajo cuando la montaña rusa comienza a empujarlos hacia arriba. Hasta que sus cuerpos se pongan al día para igualar la nueva velocidad de la montaña rusa, sienten que están siendo lanzados contra el exterior de los carros. Sus cuerpos todavía se mueven hacia los carros, ya que los carros ahora se mueven hacia sus cuerpos.
Cómo funciona la fuerza centrípeta

La fuerza centrípeta es solo una parte de la receta para hacer que algo se mueva en un círculo. El otro ingrediente es velocidad lineal
. Un objeto tiene que moverse cuando una fuerza centrípeta actúa en ángulo recto con respecto a su movimiento para que se mueva en círculo.

Considere una bola en el extremo de una cuerda. Para que una persona haga que gire alrededor de su cabeza, primero tiene que darle una sacudida con algún componente horizontal (en otras palabras, no directamente dentro o fuera de sí mismo). La persona tira de la cuerda tensa y la pelota comienza a rodearla en lugar de salir volando.

Hay que seguir sucediendo dos cosas para que la pelota en la cuerda siga girando: la persona debe seguir tirando de la cuerda tensa (por tirando hacia adentro), y
deben seguir agregando ligeros empujones horizontales para mantener el movimiento lineal de la pelota, que de lo contrario se reduciría por la fricción con el aire. (Sin embargo, en el espacio, la persona solo necesitaría tirar de la cuerda que se enseña, ya que la pelota no perdería nada de su velocidad lineal mientras gira en el vacío.)

Si la pelota no se movía y la persona tiraba de la cuerda tensa, la pelota simplemente se movería hacia adentro hacia la persona, no un círculo. Si la pelota se movía directamente hacia afuera de la persona y tiraban de la cuerda, primero la pelota se ralentizaría, luego cambiaría de dirección y volvería hacia la persona, nuevamente no un círculo.

En estos casos , ni siquiera tendría sentido llamar a la fuerza transmitida a través de la cuerda una fuerza centrípeta. Es simplemente una fuerza aplicada de tensión sobre la pelota.
Fuentes de fuerza centrípeta

La palabra centrípeta
es solo una forma de describir cualquier fuerza que actúa perpendicular a la velocidad lineal de un objeto. Muchos tipos de objetos o interacciones pueden proporcionar fuerzas centrípetas.

Por ejemplo, como ya se mencionó, una cuerda que gira en un círculo proporciona fuerza centrípeta a un objeto atado en el extremo. Un automóvil que gira en una curva experimenta la fuerza centrípeta por la fricción entre sus neumáticos y la carretera. Un satélite en órbita continúa moviéndose en círculo debido a la fuerza gravitacional que proporciona una fuerza centrípeta hacia el centro de la Tierra.

En cada uno de estos casos, si la fuente de la fuerza centrípeta se elimina de repente, la cuerda , la fricción o la gravedad, el objeto dejaría de moverse en un círculo. Más específicamente, volaría en una tangente a ese círculo con cualquier velocidad lineal que tuviera.
Fuerza centrípeta y aceleración centrípeta

Porque la fuerza centrípeta se dirige hacia el centro de la trayectoria circular y la fuerza centrífuga de un objeto. no existe para contrarrestarlo
, el objeto que se mueve en una trayectoria curva debe experimentar una fuerza neta hacia el centro del círculo.

De la Segunda Ley de Newton, F \u003d ma , se deduce que una fuerza neta provoca una aceleración. De hecho, todo lo que se mueve en un círculo tiene una aceleración, conocida como aceleración centrípeta
, hacia el centro del círculo.

Esto puede parecer contrario a la intuición, considerando que una aceleración significa un cambio velocidad, pero muchas cosas se mueven en un círculo a una velocidad aparentemente constante.

Aquí ayuda recordar que la velocidad es un vector, con una magnitud y una dirección, y cambiar cualquiera de esos resultados en un nuevo velocidad. A medida que un objeto se mueve en un círculo, tanto su velocidad lineal como su aceleración centrípeta cambian de dirección constantemente; en cualquier punto a lo largo del camino, las flechas para cada vector estarán orientadas de manera diferente que en cualquier otro punto a lo largo del camino.

Entonces el objeto continúa viajando a la misma velocidad
pero con Una dirección en constante cambio. Los físicos describen esto como movimiento circular uniforme
.
Cómo ajustar el movimiento circular

Debido a que la fuerza centrípeta siempre es perpendicular a la velocidad lineal de un objeto, describe el radio de la trayectoria circular del objeto. Por lo tanto, cuanto mayor sea la fuerza centrípeta, más fuerte será el "tirón" hacia adentro, más estrecho o más pequeño será el círculo, y cuanto más floja sea la fuerza centrípeta, mayor será la trayectoria circular.

Esto podría tener sentido intuitivamente: tirar de la cuerda que sujeta la pelota o hacer una curva en una superficie pegajosa con más fricción que en una resbaladiza, como el hielo, resultará en movimientos circulares más pequeños. Solo recuerde que en cualquier situación la única fuerza que causa el movimiento circular es una fuerza centrípeta hacia adentro. Ninguna fuerza centrífuga empuja un objeto "hacia afuera" dentro de un círculo.