Comprender los conceptos
* Fuerza centripetal: La fuerza que actúa hacia el centro de una ruta circular, manteniendo un objeto en movimiento en ese círculo. Sin fuerza centrípeta, un objeto volaría en línea recta (primera ley de Newton).
* Fuerza centrífuga: Esta es la aparente fuerza externa que experimenta un objeto mientras se mueve en una ruta circular. No es una fuerza real en el sentido de que no hay objetos que lo empujen o lo empujen directamente. Es una consecuencia de la inercia (la tendencia de un objeto a resistir los cambios en su movimiento).
Derivación
1. Considere la configuración: Imagine un objeto de masa 'm' moviéndose en un círculo de radio 'r' con una velocidad constante 'v'.
2. Enfoque en la aceleración: La velocidad del objeto está cambiando de dirección constantemente, a pesar de que su velocidad es constante. Esto significa que tiene una aceleración, llamada aceleración centrípeta, dirigida hacia el centro del círculo.
3. Calcule la aceleración centrípeta:
* El cambio del objeto en la velocidad (ΔV) es la diferencia entre sus vectores de velocidad en dos puntos en su camino circular.
* Dado que los vectores de velocidad tienen la misma magnitud pero diferentes direcciones, ΔV es aproximadamente igual a la longitud del arco de la ruta circular recorrida durante un pequeño intervalo de tiempo ΔT, dividido por ΔT.
* Esta longitud del arco es aproximadamente igual al radio (r) multiplicado por el ángulo (θ) subtendido por el arco, que también es aproximadamente igual a VΔT/R.
* Por lo tanto, ΔV ≈ (VΔT/R)
* La aceleración centrípeta (AC) se define como ΔV/ΔT, por lo que AC ≈ (VΔT/R)/ΔT =V²/R.
4. Relacionar la aceleración centrípeta con la fuerza: La segunda ley de movimiento de Newton establece que la fuerza (f) es igual a la masa (m) veces la aceleración (a). En este caso, la fuerza que causa la aceleración centrípeta se llama fuerza centrípeta (FC):
* Fc =m * ac
* Fc =m * (v²/r)
5. Fuerza centrífuga: Si bien no hay una fuerza externa real que actúe sobre el objeto, la tendencia del objeto a moverse en línea recta (inercia) crea una fuerza aparente hacia afuera, que llamamos la fuerza centrífuga. Esta fuerza es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza centrípeta:
* Fc (centrifugal) =m * (v²/r)
Puntos clave
* La fuerza centrífuga no es una fuerza real: Es una consecuencia de la inercia y la tendencia del objeto a moverse en línea recta.
* La fuerza centripetal es la fuerza real: Es la fuerza que actúa hacia el centro del círculo, manteniendo el objeto en movimiento en una ruta circular.
* La fórmula fc =m * (v²/r) se aplica a las fuerzas centrípetas y centrífugas. La diferencia está en la dirección de la fuerza. La fuerza centrípeta apunta hacia adentro, mientras que la fuerza centrífuga señala hacia afuera.
Ejemplo
Imagina un auto que redondea una curva. La fricción entre los neumáticos y el camino proporciona la fuerza centrípeta que mantiene el automóvil en movimiento en círculo. Puede sentir una aparente fuerza que lo empuja hacia afuera, esta es la fuerza centrífuga.
