La fuerza es algo divertido en física. Su relación con la velocidad es mucho menos intuitiva de lo que la mayoría de la gente probablemente piensa. Por ejemplo, en ausencia de efectos de fricción (p. Ej., La carretera) y "arrastre" (p. Ej., El aire), literalmente no se necesita fuerza para mantener un automóvil en movimiento a 100 millas por hora (161 km /h), pero requiere una fuerza externa para reducir la velocidad de ese automóvil, incluso de 100 a 99 mi /h. La fuerza centrípeta, que es exclusiva del vertiginoso mundo del movimiento de rotación (angular), tiene un anillo de esa "diversión" a eso. Por ejemplo, incluso cuando sabe con precisión por qué, Cualquiera que haya experimentado una fuerte fuerza centrípeta podría estar inclinado a montar un desafío serio, e incluso plausible, a la física subyacente basada en su propia experiencia. (¡Por cierto, más información sobre todas esas cantidades misteriosas pronto!) Llamar a la fuerza centrípeta un "tipo" de fuerza, ya que uno podría referirse a la fuerza de gravedad y algunas otras fuerzas, sería engañoso . La fuerza centrípeta es realmente un caso especial de fuerza que puede analizarse matemáticamente usando los mismos principios newtonianos esenciales que se usan en las ecuaciones mecánicas lineales (traslacionales). Resumen de las leyes de Newton Antes de que pueda explorar completamente el centrípeto fuerza, es una buena idea revisar el concepto de fuerza y de dónde "proviene" en términos de cómo los científicos humanos lo describen. A su vez, eso brinda una gran oportunidad para revisar las tres leyes del movimiento del físico matemático de los siglos XVII y XVIII Isaac Newton. Estos están ordenados por convención y no son importantes: La primera ley de Newton, también llamada ley de inercia, La segunda ley de Newton, escrita F net \u003d ma, establece que si existe una fuerza neta en un sistema, acelerará una masa m en ese sistema con una magnitud y dirección a. La aceleración es la tasa de cambio de velocidad, así que de nuevo, se ve que la fuerza no es necesaria para el movimiento per se, solo para cambiar el movimiento. La tercera ley de Newton establece que para cada fuerza F en la naturaleza existe una fuerza –F que es igual en magnitud y opuesta en dirección. Las leyes de Newton proporcionan un marco útil para establecer ecuaciones que describen y predicen cómo se mueven los objetos en el espacio. Para los propósitos de este artículo, espacio Las cuatro cantidades básicas de preocupación en ecuaciones cinemáticas son desplazamiento, velocidad (tasa de cambio de desplazamiento) , aceleración (tasa de cambio de velocidad) y tiempo. Las variables para los primeros tres de estos difieren entre el movimiento lineal y de rotación (angular) debido a la diferente calidad del movimiento, pero describen los mismos fenómenos físicos. Por esta razón, aunque la mayoría de los estudiantes aprenden a resolver Problemas de cinemática lineal antes de ver a sus asociados en el mundo angular, sería plausible enseñar primero el movimiento de rotación y luego "derivar" las ecuaciones lineales correspondientes de estos. Pero por varias razones prácticas, esto no se hace. ¿Qué hace que un objeto tome un camino circular en lugar de una línea recta? Por ejemplo, ¿por qué un satélite orbita la Tierra en un camino curvo y qué hace que un automóvil se mueva por una carretera curva incluso a lo que parece ser velocidades increíblemente altas en algunos casos? Consejos Fuerza centrípeta es el nombre de cualquier tipo de fuerza que hace que un objeto se mueva en una trayectoria circular. Como se señaló, la fuerza centrípeta no es un tipo distinto de fuerza en el sentido físico, sino más bien una descripción de cualquier fuerza Consejos No confunda la fuerza centrípeta con la mítica-aún- "fuerza centrífuga" persistente. La fuerza centrípeta puede surgir de varias fuentes. Por ejemplo: • La tensión T (que tiene unidades de fuerza divididas por la distancia • La atracción gravitacional entre el centro de dos grandes masas (por ejemplo, la Tierra y la luna). En teoría, todos los objetos con masa ejercen una fuerza gravitacional sobre otros objetos. Pero debido a que esta fuerza es proporcional a la masa del objeto, en la mayoría de los casos es insignificante (por ejemplo, la fuerza gravitacional ascendente infinitamente pequeña de una pluma sobre la Tierra cuando cae). La "fuerza de gravedad "(o correctamente, la aceleración debida a la gravedad) g cerca de la superficie de la Tierra es 9.8 m /s 2. • Fricción. Un ejemplo típico de una fuerza de fricción en problemas introductorios de física es la existente entre los neumáticos de un automóvil y la carretera. Pero quizás una forma más fácil de ver la interacción entre la fricción y el movimiento de rotación es imaginar objetos que puedan "adherirse" al exterior de una rueda giratoria mejor que otros a una velocidad angular dada debido a la mayor fricción entre las superficies de estos objetos, que permanecen en una trayectoria circular, y la superficie de la rueda. La velocidad angular de una masa u objeto puntual es completamente independiente de lo que pueda estar sucediendo. con ese objeto, cinéticamente hablando, en ese punto. Después de todo, la velocidad angular es la misma para todos los puntos en un objeto sólido, independientemente de la distancia. Pero dado que también hay una velocidad tangencial v t en juego, ¿surge o no la cuestión de la aceleración tangencial? Después de todo, algo moviéndose en un círculo pero acelerado simplemente tendría que liberarse de su camino, todo lo demás se mantuvo igual. ¿Verdad? Los conceptos básicos de física evitan que este aparente dilema sea real. La segunda ley de Newton (F \u003d ma) requiere que la fuerza centrípeta sea la masa de un objeto m veces su aceleración, en este caso, la aceleración centrípeta, que "apunta" en la dirección de la fuerza, es decir, hacia el centro del camino. Sería correcto preguntar: "Pero si el objeto está acelerando hacia el centro, ¿por qué no se mueve de esa manera?" La clave es que el objeto tiene una velocidad lineal v t que se dirige tangencialmente a su trayectoria circular, descrita en detalle a continuación y dada por v t \u003d ωr. Incluso si esa velocidad lineal es constante, su dirección siempre cambia (por lo tanto, debe estar experimentando aceleración, que es un cambio en la velocidad; ambas son cantidades vectoriales). La fórmula para la aceleración centrípeta viene dada por v t 2 /r. Un automóvil que ingresa a una curva con velocidad constante Cuando finaliza el giro, el conductor hace que el automóvil vaya en línea recta, la dirección de la velocidad deja de cambiar y el automóvil deja de girar; no hay más fuerza centrípeta por la fricción entre los neumáticos y la carretera dirigida ortogonalmente (a 90 grados) al vector de velocidad del automóvil. Porque la fuerza centrípeta F c \u003d mv t 2 /r se dirige tangencialmente al movimiento del objeto (es decir, a 90 grados), no puede hacer ningún trabajo en el objeto horizontalmente porque ninguno de los componentes de fuerza neta está en la misma dirección que El movimiento del objeto. Piense en empujar directamente al costado de un vagón de tren mientras pasa a su lado horizontalmente. Esto no acelerará el automóvil ni lo ralentizará un poco, a menos que su puntería no sea verdadera. Consejos El componente horizontal de la fuerza neta en el objeto en tal caso sería (F) (cos 90 °) que es igual a cero, por lo que las fuerzas se equilibran en la dirección horizontal; Según la primera ley de Newton, el objeto permanecerá en movimiento a una velocidad constante. Pero debido a que tiene una aceleración hacia adentro, esta velocidad debe estar cambiando y, por lo tanto, el objeto se mueve en círculo. Hasta ahora, solo se ha descrito un movimiento circular uniforme, o movimiento con velocidad angular y tangencial constante. Sin embargo, cuando hay una velocidad tangencial no uniforme, hay, por definición, aceleración tangencial, que debe agregarse (en el sentido del vector) a la aceleración centrípeta para obtener la aceleración neta del cuerpo. En este En este caso, la aceleración neta ya no apunta hacia el centro del círculo y la resolución del movimiento del problema se vuelve más compleja. Un ejemplo sería una gimnasta que cuelga de una barra por los brazos y usa sus músculos para generar la fuerza suficiente para comenzar a balancearse. La gravedad está claramente ayudando a su velocidad tangencial en el camino hacia abajo, pero disminuyendo la velocidad en su camino hacia arriba. Basándose en la velocidad anterior de la fuerza centrípeta orientada verticalmente, imagine una montaña rusa con la masa M completando una trayectoria circular con radio R en un paseo estilo "loop the loop". En este caso, para que la montaña rusa permanezca en las pistas debido a la fuerza centrípeta, la fuerza centrípeta neta Mv < sub> t 2 /R debe en el este igualar el peso (\u003d Mg \u003d 9.8 M, en newtons) de la montaña rusa en la parte superior de la curva, o de lo contrario la fuerza de la gravedad tirará de la montaña rusa pistas. Esto significa que Mv t 2 /R debe exceder Mg, que, resolviendo para v t, da una velocidad tangencial mínima de √gR, o (gR) < sup> 1/2. Por lo tanto, la masa de la montaña rusa en realidad no importa, ¡solo su velocidad!
en términos newtonianos, el vector de fuerza centrípeta de una partícula se dirige hacia el centro del camino circular alrededor del cual viaja la partícula, todavía parece un poco extraño.
establece que un objeto que se mueve con velocidad constante permanecerá en este estado a menos que sea perturbado por un Fuerza externa. Una implicación importante es que no se requiere fuerza para que los objetos se muevan, no importa cuán rápido, a velocidad constante.
Cinemática lineal versus cinemática rotacional
realmente significa "espacio" bidimensional descrito por las coordenadas x ("hacia adelante" y "hacia atrás") e y ("arriba" y "abajo") en movimiento lineal, θ (medida del ángulo, generalmente en radianes) yr (la distancia radial desde el eje de rotación) en movimiento angular.
¿Qué es la fuerza centrípeta?
que se dirige hacia el centro del círculo que representa la trayectoria de movimiento del objeto.
significa literalmente "búsqueda de centro".
Fuentes de fuerza centrípeta
) en una cuerda o cuerda que une el objeto en movimiento al centro de su trayectoria circular. Un ejemplo clásico es la configuración de tetherball que se encuentra en los parques infantiles de los EE. UU.
Cómo la fuerza centrípeta causa una trayectoria circular
Alrededor de la curva
sirve como un gran ejemplo de fuerza centrípeta en acción. Para que el automóvil permanezca en su trayectoria curva prevista durante el giro, la fuerza centrípeta asociada con el movimiento de rotación del automóvil debe ser equilibrada o superada por la fuerza de fricción de los neumáticos en la carretera, que depende de la masa del automóvil y propiedades intrínsecas de los neumáticos.
Fuerza centrípeta, matemáticamente
Fuerza centrípeta y movimiento circular no uniforme
Un ejemplo de fuerza centrípeta vertical
