Fuercia centrífuga

Na mecánica clásica o mecánica newtoniana, la fuercia centrífuga ye una fuercia ficticio qu'apaez cuando se describe'l movimientu d'un cuerpu nun sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuercia aparente que percibe un observador non inercial que s'atopa nun sistema de referencia rotatoriu.

El calificativu de "centrífuga" significa que "fuxe del centru". N'efeutu, un observador non inercial asitiáu sobre una plataforma xiratoria siente qu'esiste una fuercia» qu'actúa sobre él, que-y torga permanecer en reposu sobre la plataforma nun siendo que él mesmu aplique otra fuercia empobinao escontra la exa de rotación. Asina, aparentemente, la fuercia centrífuga tiende a alloñar los oxetos de la exa de rotación. El términu tamién s'utiliza na mecánica de Lagrange pa describir ciertos términos^{[ensin referencies]} na fuercia xeneralizada que dependen de la eleición de les coordenaes xeneralizaes.

Polo xeneral, la fuercia centrífuga asociada a una partícula de masa $m\,$ nun sistema de referencia en rotación con una velocidá angular $\mathbf {\omega } \,$ y nuna posición $\mathbf {r} \,$ respectu de la exa de rotación esprésase:

$\mathbf {F} _{\text{cf}}=-m{\boldsymbol {\omega }}\times ({\boldsymbol {\omega }}\times \mathbf {r} )$

Poro, el módulu d'esta fuercia espresar por:

$F_{\text{cf}}=m\omega ^{2}r$

Fuercia centrípeta frente a fuercia centrífuga

La fuercia centrípeta ye la componente de fuercia empobinao escontra'l centru de combadura de la trayeutoria d'una partícula. En mecánica clásica, les fuercies centrípetes son fuercies reales acomuñaes causalmente a l'aición de dalgún axente esterior a la partícula o'l cuerpu. Nel casu del movimientu circular uniforme, la fuercia centrípeta ta dirixida escontra'l centru de la trayeutoria circular y ye necesaria pa producir el cambéu de direición de la velocidá de la partícula. Si sobre la partícula nun actuara nenguna fuercia, mover en llinia recta con velocidá constante.

La "fuercia centrífuga" nun ye una fuercia nel sentíu avezáu de la pallabra, sinón que ye una fuercia ficticio qu'apaez nos sistemes referenciales non-inerciales. Esto ye, la fuercia aparente qu'un observador non inercial paez percibir como resultáu de la non inercialidad del so sistema de referencia.

Asina, por casu, si un cuerpu ta xirando alredor d'un centru de fuercies fixu, la única fuercia real qu'actúa sobre'l cuerpu ye la fuercia d'atraición escontra'l centru de la trayeutoria (fuercia centrípeta) necesaria, dende'l puntu de vista d'un observador estacionariu (inercial, [X,Y,Z]) por que'l cuerpu pueda describir una trayeutoria curvillinia. Dicha fuercia real, $\mathbf {F} _{\text{cp}}\,$ , (la tensión de la cuerda nel exemplu ilustráu na Figura) apurre l'aceleración centrípeta carauterística de too movimientu curvilliniu.

Sicasí, un observador asitiáu nun referencial nel cual el cuerpu tea en reposu (referencial en rotación [x,y,z] y, por tanto, non inercial) va reparar que'l cuerpu nun presenta aceleración dalguna na direición de la fuercia aplicao $\mathbf {F} _{\text{cp}}\,$ (que va poder midir entrepolando un dinamómetru na cuerda de la Figura). Pa reconciliar esta resultancia col requerimientu de que la fuercia neto qu'actúa sobre'l cuerpu seya nula, l'observador imaxina la esistencia d'una fuercia igual y de sentíu opuestu a encomalo centrípeta; esto ye, postula la esistencia d'una fuercia centrífuga, $\mathbf {F} _{\text{cf}}\,$ que nun tien esistencia real y que solo resulta preséu al observador non-inercial pa poder escribir la segunda llei de Newton na forma avezada.

Pongamos otru exemplu pa esclariar el conceutu. Imaxinemos un pasaxeru nun automóvil que toma una curva zarrada escontra la izquierda con una cierta velocidá. La inercia acomuñada a la masa del pasaxeru oponer a cualquier cambéu de direición de movimientu d'ésti, empuxándo-y a siguir la so inicial trayeutoria rectillinia. Puesto que l'automóvil xira escontra la esquierda, el pasaxeru siéntese movíu escontra la puerta asitiada a la so derecha. Una vegada que'l pasaxeru establez contautu cola puerta, ésta va exercer sobre'l pasaxeru la fuercia centrípeta necesaria por que, al igual que l'automóvil, pueda xirar escontra la esquierda. La esfregadura ente l'asientu y los pantalones del pasaxeru tamién contribúi a compensar l'efeutu centrífugu y, si'l viraje producir a baxa velocidá, pue ser abonda pa torgar que'l pasaxeru esmuza sobre l'asientu y apurrir la fuercia centrípeta necesaria pal viraje.

Tracamundiu sobre'l términu

El calter ficticiu de la fuercia centrífuga puede dar llugar a ciertu tracamundiu na so interpretación, sobremanera cuando la confunde cola reaición a la fuercia centrípeta en virtú del Principiu d'aición-reaición o tercer Llei de Newton, escaeciendo qu'esa reaición nun actúa sobre'l cuerpu en movimientu sinón que ye exercida por él (sobre la cuerda, nel exemplu descritu na figura).

Anguaño tiéndese a restar importancia a encomalo centrífuga cuando s'enseña'l movimientu circular; nel so llugar reálzase la importancia de la fuercia centrípeta, yá que ye la fuercia real y responsable de caltener el movimientu circular y d'apurrir l'aceleración centrípeta.

Sicasí, cuando se describe'l movimientu dende un sistema de referencia en rotación, tal como la trayeutoria d'un proyeutil de llargu algame respeuto de la superficie terrestre, va resultar inevitable referise a encomalo centrífuga y a otres fuercies ficticies, como la fuercia de Coriolis.

Ver tamién

Referencies

Bibliografía

Marion, Jerry B. (1996). Dinámica clásica de les partícules y sistemes. Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4094-8.
Ortega, Manuel R. (1989-2006). leición de Física (4 volúmenes). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7.
Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Física 4ª. CECSA, Méxicu. ISBN 970-24-0257-3.
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers, 6ª (n'inglés), Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.

Enllaces esternos

Dinámica del movimientu circular
NASA: La Fuercia Centrífuga.
Ángel Franco García, Curso Interactivo de Física n'Internet.