Un objeto que realiza un movimiento circular cambia su velocidad cada segundo. Eso significa que una fuerza actúa sobre la partícula que la hace moverse en un movimiento circular. Al hablar de esta fuerza, generalmente se mencionan dos fuerzas. Las fuerzas centrípeta y centrífuga son partes esenciales del movimiento circular, pero ambas son iguales y de dirección opuesta. Un concepto esencial para comprender al estudiar este movimiento es la diferencia entre estas dos fuerzas. Veamos la diferencia entre estas fuerzas en detalle.
Fuerza centrípeta
La siguiente figura muestra un objeto que se mueve en un movimiento circular. Suponga que la velocidad del objeto es constante. La figura muestra la dirección de la velocidad instantánea y los puntos B y C. Dado que la aceleración es el cambio de velocidad, el cambio de velocidad apunta aproximadamente hacia el centro de la curvatura. Para medir cosas instantáneamente, los puntos B y C deben estar muy cerca y el ángulo entre ellos debe ser infinitamente pequeño. En eso, el cambio de velocidad apuntará directamente hacia el centro de la curvatura.
La aceleración apunta hacia el centro de la curvatura, ya que la velocidad cambia continuamente y la aceleración está presente. Esta aceleración se llama aceleración centrípeta a c . Aquí, centrípeta significa “buscando el centro” o “hacia el centro”. Derivemos la ecuación para calcular la magnitud de la fuerza centrípeta.
La magnitud de la fuerza centrípeta está dada por,
F = mv 2 /r
Esto nos da la fuerza sobre un objeto bajo el movimiento circular que viaja a una velocidad «v» y con un radio «r». Esta ecuación depende del cuadrado de la velocidad e inversamente del radio “r”.
Fuerza centrífuga
Esta fuerza también es una fuerza que actúa cuando el objeto tiene un movimiento circular. Esta fuerza tiene la misma magnitud que una fuerza centrípeta pero está en dirección opuesta a la fuerza centrípeta. Su unidad también es Newton(N), esta fuerza no existe cuando las medidas se realizan en un marco de referencia inercial, solo existe cuando la medida se realiza con respecto al marco de referencia giratorio.
La magnitud de la fuerza centrífuga está dada por,
F = mv 2 /r
Esto nos da la fuerza centrífuga sobre un objeto bajo el movimiento circular que viaja a una velocidad «v» y con un radio «r».
En la vida real, esta fuerza se experimenta cuando alguien está sentado dentro del automóvil dando un giro. En esa situación, todos los pasajeros experimentan un empujón hacia afuera. Esta fuerza actúa allí porque los pasajeros sentados dentro del automóvil están dentro del marco de referencia de rotación.
Diferencia entre fuerza centrífuga y fuerza centrípeta
Ambas fuerzas son esenciales para el movimiento circular. Mientras que la fuerza centrípeta es una fuerza real por naturaleza y actúa en el marco de referencia inercial, la fuerza centrífuga es una pseudofuerza y actúa en un marco interno, por ejemplo, el marco de referencia giratorio. Ambas fuerzas son iguales en magnitud y en direcciones opuestas. Intuitivamente, la fuerza centrífuga tiene una tendencia a mantener el movimiento del objeto en línea recta y oponerse al giro, por otro lado, la fuerza centrípeta hace que el objeto se mueva en un movimiento circular. Echemos un vistazo a las diferencias en forma tabular,
| Fuerza centrípeta | Fuerza centrífuga |
| Se conoce como una fuerza real que existe y se aplica externamente. Fuerzas como la fuerza gravitacional, la fuerza normal, etc. | Se le conoce como fuerza ficticia o pseudo. |
| Es la fuerza ejercida sobre el objeto en movimiento circular. La fuerza actúa hacia el centro del círculo. | Es la fuerza ejercida sobre el objeto en un movimiento circular. La fuerza se aleja del centro del círculo. |
| La fuerza centrípeta actúa en un marco inercial tanto inercial como no inercial. | La fuerza centrífuga actúa en un marco no inercial. (Marcos giratorios) |
| Un satélite que orbita alrededor del planeta es un ejemplo. | Un objeto que sale volando es un ejemplo de fuerza centrífuga. |
Problemas de muestra
Pregunta 1: Encuentra la aceleración centrípeta en un objeto que realiza un movimiento circular con un radio de 20 m. La velocidad del objeto es de 100 m/s.
Responder:
La aceleración centrípeta está dada por,
a = v2 / r
Dado:
v = 100 m/s
r = 20 m.
Reemplazando los valores en la ecuación,
a = v2 / r
⇒ a = (100) 2 /(20)
⇒ a = 10000/20
⇒ a = 500 m/ s2
Pregunta 2: Encuentra la aceleración centrípeta en un objeto que realiza un movimiento circular con un radio de 2 m. La velocidad del objeto es de 10 m/s.
Responder:
La aceleración centrípeta está dada por,
a = v2 / r
Dado:
v = 10 m/s
r = 2 m.
Reemplazando los valores en la ecuación,
a = v2 / r
⇒ a = (10) 2 /(2)
⇒ a = 100/2
⇒ a = 50 m/s 2
Pregunta 3: Un objeto (m = 8 kg) realiza un movimiento circular con un radio de 2 m. Si la velocidad del objeto es de 10 m/s, encuentre la fuerza centrípeta que actúa sobre el objeto.
Responder:
La aceleración centrípeta está dada por,
a = v2 / r
Dado:
v = 10 m/s
r = 2 m.
Reemplazando los valores en la ecuación,
a = v2 / r
⇒ a = (10) 2 /(2)
⇒ a = 100/2
⇒ a = 50 m/s 2
La fuerza que actúa sobre el objeto está dada por,
F = mamá
⇒ F = (8)(50)
⇒ F = 400 N
Pregunta 4: Un objeto (m = 2 kg) realiza un movimiento circular con un radio de 5 m. Si la velocidad del objeto es de 10 m/s, encuentre la fuerza centrípeta que actúa sobre el objeto.
Responder:
La aceleración centrípeta está dada por,
a = v2 / r
Dado:
v = 10 m/s.
r = 5 m.
Reemplazando los valores en la ecuación,
a = v2 / r
⇒ a = (10) 2 /(5)
⇒ a = 100/5
⇒ a = 20 m/s 2
La fuerza que actúa sobre el objeto está dada por,
F = mamá
⇒ F = (2)(20)
⇒ F = 40 N
Pregunta 5: Un objeto (m = 1 kg) realiza un movimiento circular con un radio de 4 m. Si la fuerza centrípeta que actúa sobre el objeto es de 100 N, encuentre la velocidad del objeto.
Responder:
La fuerza que actúa sobre el objeto está dada por,
F = mamá
⇒ 100 = (1)(a)
⇒ a = 100 m/ s2
La aceleración del objeto está dada por,
a = v2 / r
⇒ 100 = v 2 /4
⇒ 400 = v 2
⇒ v = 20 m/s.
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA