Segunda ley de Newton y movimiento circular uniforme

Segunda ley de Newton hilada

A estas alturas, probablemente estés bastante familiarizado con la Segunda Ley del Movimiento de Newton , la que dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleración. Has visto cómo una bala que acelera a un ritmo muy rápido puede hacer tanto daño como una lanza, con una masa mucho mayor, que tiene una aceleración mucho menor. Sin embargo, ¿qué pasa con esa palabra «aceleración»? ¿No podemos simplemente decir «velocidad»? Desafortunadamente, no es tan fácil. Una de las principales razones por las que no es tan simple es porque una vez que aplicamos la Segunda Ley de Newton al movimiento, la velocidad cambia constantemente. En otras palabras, para que podamos explicar lo que está pasando, tenemos que utilizar la aceleración. En esta lección, haremos exactamente eso, explicando cómo Newton. El movimiento circular uniforme es el acto de movimiento en un círculo alrededor de un punto muy preciso.

La formula

Por lo general, cuando usamos la segunda ley de Newton, la a para la aceleración es bastante fácil de definir. La mayoría de las veces, es en términos de metros por segundo al cuadrado en una dirección determinada, o alguna otra unidad similar. Sin embargo, debido a que nos movemos alrededor de un círculo, necesitamos una forma diferente de encontrar la aceleración. De lo contrario, estaríamos atrapados definiendo una nueva dirección cada milisegundo. Para superar esto, decimos que la aceleración es igual a la velocidad al cuadrado dividida por el radio. Esto también se puede encontrar elevando al cuadrado la velocidad angular y multiplicándola por el radio, según la información que tenga disponible. Simplemente introducimos ese nuevo número en nuestra ecuación habitual, lo que significa que ahora F es igual am, para masa, multiplicado por s para velocidad, al cuadrado, dividido por r, para radio.

Explicarlo en inglés sencillo

Algunas personas pueden mirar esas matemáticas, encogerse de hombros e interiorizar instantáneamente lo que significa. Desafortunadamente, no soy una persona así, así que déjame explicarte en inglés. Cuanto más cerrada sea la curva, mayor será el cambio de aceleración. Después de todo, esto tiene sentido. Si desea viajar alrededor de una cúpula de diez metros de diámetro, puede ver que su dirección y, por lo tanto, su aceleración, cambian constantemente. Mientras tanto, realmente no sientes que tu dirección cambia cuando caminas sobre la superficie de la Tierra, porque no es una curva tan cerrada. Hablando de curvas cerradas, ¿alguna vez te has sentido como si te lanzaran fuera de una curva y termines aterrizando de lado? A pesar de lo que la gente te diga, eso no es el llamado movimiento centrífugo. En cambio, es solo inercia. En cada instante, tu cuerpo te empuja en esa dirección. Mientras tanto, hay una fuerza que actúa para empujarlo hacia atrás en el llamado movimiento centrípeto . Esa es la acción igual y opuesta de todas las demás fuerzas que lo empujan hacia afuera. Esto es lo que evita que salga volando del círculo. Supongamos que estás en un carrusel. Será mejor que esperes, porque si no lo haces, te echarán, ¿verdad? Ahora, esa sensación de ser arrojado, si no te agarras, no es un movimiento centrífugo, sino que es inercia.. La inercia, como recordará, es el deseo de que un objeto siga moviéndose en la misma dirección en la que se mueve en ese mismo instante. Es la razón por la que cuando lanzas una pelota, va recta en lugar de seguir el patrón circular de tu lanzamiento. Mientras tanto, también hay una fuerza que sigue empujándote hacia el centro. Es decir, es movimiento centrípeto . En nuestro ejemplo del tiovivo, es la fuerza que tienes que ejercer para agarrarte. Cuando un tiovivo gira lentamente, no tienes que agarrarte con tanta fuerza. Esto se debe a que la fuerza centrípeta puede ser menor. Mientras tanto, si gira más rápido, debes sujetarlo con mucha más fuerza.

Ejemplos

Veamos un par de ejemplos para asegurarnos de que lo tenemos. Haremos uno con matemáticas y otro solo con el concepto. Primero, el ejemplo conceptual. Digamos que eres un piloto de carreras que va a dar una vuelta. ¿Qué fuerzas actúan sobre su coche? Primero que nada, tienes inercia llevando tu auto en una dirección recta desde donde te encuentres en ese momento en particular. En segundo lugar, tienes una fuerza centrípeta que te empuja hacia atrás. Entonces, ¿cómo crees que la fuerza centrípeta puede contrarrestar la velocidad de tu auto? Si tiene suerte, las curvas están inclinadas. Esto significa que menos fuerza de inercia puede tirar de su automóvil, porque ahora va en contra de la fuerza normal ejercida por una superficie contra el objeto sobre ella. Ahora intentemos algunas matemáticas. Dejar’ s digamos que estabas mirando la fuerza ejercida sobre un gato de 5 kilogramos que un niño travieso ha puesto en un tiovivo. El tiovivo tiene un radio de 1 metro y el niño lo mueve a 5 metros por segundo. Usemos nuestra fórmula de fuerza de F = ms ^ 2 / r. Cinco al cuadrado es 25, dividido por 1 sigue siendo 25. Multiplique eso por 5 y encontrará que 125 newtons de fuerza están actuando sobre nuestro pobre gato.

Resumen de la lección

En esta lección, examinamos la Segunda Ley del Movimiento de Newton y el movimiento circular uniforme. Recuerde que la Segunda Ley del Movimiento de Newton establece que la fuerza es igual a la masa por la aceleración, y el movimiento circular uniforme se refiere al movimiento perfectamente circular alrededor de un punto central. Calculamos esto sustituyendo la aceleración por el cuadrado de la velocidad dividido por el radio, aunque el tema general de que cuanto más estrecho es el radio, más fuerza se ejerce, es cierto.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador