Fuerza centrípeta: definición, ejemplos y problemas

Publicado el 8 septiembre, 2020

¿Qué es una fuerza centrípeta?

¿Cuántos ejemplos puedes pensar de dónde se mueve un objeto en un círculo? Un coche puede circular en círculo. Se puede hacer girar un lazo alrededor de su cabeza en un círculo. E incluso los planetas se orbitan entre sí en círculos. Pero, ¿qué es lo que los mantiene moviéndose en ese círculo?

¿Qué tendrías que hacer para que el coche se mueva en círculo? Tendrías que empujarlo, tendrías que aplicar una fuerza. Una fuerza centrípeta es una fuerza dirigida hacia el centro de un círculo que mantiene un objeto en movimiento en un círculo.

Pero espera un minuto. Imagine que está en un automóvil y ese automóvil gira bruscamente a la derecha. ¿Qué fuerza sientes? ¿De qué manera te empujan? Se siente como si estuvieras empujado, no hacia adentro, sino hacia afuera, hacia el exterior del círculo. O si alguna vez ha estado en un parque de atracciones que gira y lo sostiene contra la pared exterior, tiene el mismo efecto. Esta sensación de ser expulsado se llama fuerza centrífuga o fuerza centrífuga, una fuerza que apunta en dirección opuesta al centro de un círculo.

Pero la fuerza centrífuga que sientes es una fuerza ficticia, no es real. La única fuerza que se te aplica es la centrípeta que te mantiene en el círculo. Entonces, ¿por qué siente que está siendo expulsado?

Bueno, cuando se sienta en un automóvil que se mueve en línea recta, su cuerpo, como cualquier objeto, quiere seguir moviéndose en línea recta. La Primera Ley de Newton dice que un cuerpo en movimiento permanece en movimiento, un cuerpo en reposo permanece en reposo, a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada. El automóvil intenta doblar la esquina, pero su cuerpo quiere seguir recto, por lo que lo empujan hacia el exterior del automóvil mientras su cuerpo intenta continuar en línea recta. Si no fuera por la fuerza centrípeta proporcionada por la fricción entre usted y el asiento del automóvil y el cinturón de seguridad, y la fuerza normal que le aplica el costado del automóvil, de hecho simplemente … seguiría adelante.

La fuerza misteriosa

La fuerza centrípeta no es nada misteriosa, pero parece que lo es. La gente comete a menudo el terrible error de dibujar Fc para la fuerza centrípeta en un diagrama de fuerza de cuerpo libre. Nunca jamás hagas esto. La fuerza centrípeta en una situación dada siempre es creada por una fuerza específica de la vida real. Un satélite se mantiene en órbita por gravedad: la gravedad, Fg, es la fuerza centrípeta. Una pelota que gira con una cuerda sobre tu cabeza se mantiene en su lugar mediante tensión, FT. Y el automóvil se mueve en círculo debido a la fricción, Ff. Siempre hay una fuerza específica que desempeña el papel de la fuerza centrípeta, ¡solo tienes que descubrir qué es!

Ecuación

La ecuación de la fuerza centrípeta dice que la fuerza centrípeta, Fc, medida en newtons, es igual a la masa del objeto que se mueve en un círculo, m, medida en kilogramos, multiplicada por la velocidad del objeto mientras gira alrededor del círculo, v, medido en metros por segundo, al cuadrado (es solo la velocidad al cuadrado), dividido por el radio del círculo, medido en metros.

Fc = mv ^ 2 / r

Entonces, por ejemplo, si la gravedad es la fuerza centrípeta, porque estamos viendo un satélite en órbita, entonces se podría decir que la fuerza de gravedad (dada por la ecuación F = mg o Fg) es igual a mv al cuadrado sobre r .

Fg = mv ^ 2 / r

Ejemplo de cálculo

Bien, veamos un ejemplo de cómo usar la ecuación.

Imagina que estás girando ese lazo, pero esta vez unes una masa al final. Si el lazo giratorio mide 2 metros de largo, y la masa de … masa es de 0,1 kilogramos, y la masa se mueve alrededor de la trayectoria circular a una velocidad de 3 m / s, ¿cuál es la fuerza de tensión en el lazo? ?

El primer paso, como siempre, es escribir lo que sabemos. Tenemos la longitud de la cuerda, que en este caso es el radio del círculo, entonces r es igual a 2 metros (r = 2 metros). Y tenemos la masa de 0,1 kilogramos (m = 0,1 kilogramos). Y tenemos la velocidad de 3 m / s (v = 3 m / s). Y queremos la fuerza de la tensión, FT.

Dado que la masa se mueve en un círculo, la fuerza de tensión actúa como nuestra fuerza centrípeta.

Fc = mv ^ 2 / r, lo que significa para esta situación, FT = mv ^ 2 / r.

.1 (3) ^ 2/2 = 0.45 newtons

Y eso es; hemos terminado.

Resumen de la lección

Una fuerza centrípeta es una fuerza dirigida hacia el centro de un círculo que mantiene un objeto en movimiento en un círculo. Cuando en realidad te mueves en círculo; sin embargo, tiene la sensación de ser empujado hacia afuera, lo que se llama fuerza centrífuga, o fuerza centrífuga , una fuerza que apunta en dirección opuesta al centro de un círculo.

Esto se debe a que su cuerpo, como cualquier objeto, quiere seguir moviéndose en línea recta, como lo explica la Primera Ley de Newton. Pero si no fuera por la fuerza centrípeta proporcionada por la fricción entre usted y el asiento del automóvil y el cinturón de seguridad, y la fuerza normal entre usted y el costado del automóvil, continuaría en esa línea recta. Entonces, la fuerza que realmente sientes apunta hacia el centro del círculo, una fuerza centrípeta.

Un error común es dibujar Fc para la fuerza centrípeta en un diagrama de fuerza de cuerpo libre. Pero la fuerza centrípeta en una situación dada siempre es creada por una fuerza específica de la vida real, ya sea la gravedad, la tensión en una cuerda o la fuerza normal.

Los resultados del aprendizaje

Después de esta lección, debería poder:

Definir fuerza centrípeta y fuerza centrífuga
Explica cómo se aplica la primera ley de Newton a estas fuerzas.
Recuerde cómo dibujar correctamente un diagrama de cuerpo libre cuando se trabaja con problemas que involucran fuerza centrípeta
Identificar la ecuación de la fuerza centrípeta

¡Puntúa este artículo!