FUERZA CENTRÍPETA (Fc)
Importante:
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Todas las fuerzas son magnitudes vectoriales; las cuales se representan por medio de un vector, que recordemos tienen tres características: (magnitud, dirección y sentido).
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Para resolver problemas de dinámica es fundamental saber sumar vectores ( ver vectores ); y conocer por cada fuerza: qué es, cuando aparece en un problema de fisica y como se gráfica.
FUERZA CENTRíPETA
1. Qué es la fuerza centrípeta: Es la fuerza que experimenta todo cuerpo; cuando describe una trayectoria curva en su movimiento. En el movimiento circular uniforme (MUC), conocimos que el vector velocidad tangencial, está cambiando la dirección; esto hace que la partícula tenga una aceleración, que apunta hacia el centro de la curva, esta aceleración es llamada: aceleración centrípeta.
Sabemos por la segunda ley de Newton que: , como la aceleración para este caso; es la aceleración centrípeta, entonces
matemáticamente la fuerza centrípeta se expresa como:
2. Cuando aparece en un problema? La fuerza centrípeta siempre está presente cuando un cuerpo describe una trayectoria curva. Si atamos un cuerpo al extremo de una cuerda y con la mano hacemos que gire en círculo, nuestros dedos experimentaran esta fuerza;
Peralte: Es el grado de inclinación que tienen las vías en sus curvas, su finalidad es contrarrestar la fuerza centrípeta; causada por la velocidad del vehiculo; permitiendo que el auto tome una curva sin perder el control. En ingeniería el grado o ángulo de inclinación; está determinado por la velocidad límite de la vía y el radio de la curva; es decir a mayor radio, mayor será la velocidad con la cual el automóvil puede tomar la curva; la causa matemática, es que estas dos magnitudes son directamente proporcionales; como se muestra en la ecuación:
En las pistas de carreras el grado de inclinación del peralte, es más pronunciado debido a la velocidad con la que un competidor debe tomar la curva, para los ciclistas o motociclistas es más fácil debido a que ellos pueden inclinarse hacia el centro de la curva.
Cuando tomas una curva a alta velocidad, tu cuerpo experimenta una fuerza hacia afuera de la curva; lo que ha llevado a malas interpretaciones físicas de esta fuerza; llamando a esta tendencia como "fuerza centrífuga" la cual no existe, debido a que en esta dirección no hay ninguna aceleración; lo que sucede es que la inercia que posee el cuerpo al tomar la curva, hace que este se dirija hacia sus afueras.
Matemáticamente el peralte se calcula mediante la siguiente expresión:
Donde si notamos (v) es la máxima velocidad, con la que un auto puede tomar una curva sin fricción, (R) es el radio de la curva y (g) es la gravedad.
3. Como se gráfica? La fuerza centrípeta apunta en la misma dirección de la aceleración; hacia el centro de la curva, sin embargo no se grafica debido a que es la resultante de la suma de otras fuerzas que experimenta el cuerpo; por esta razón cuando esta fuerza esté presente, sus ecuaciones dinámicas se igualan a:
Eligiendo el sentido positivo de sus ecuaciones, hacia el centro de la curva. (ver solución de problemas de dinámica ).
Sabías que...
Cuando damos vueltas con nuestro cuerpo y nos detenemos; si miramos al techo este sigue dando vueltas. La razón es que el líquido del nervio vesicular; Por inercia sigue rotando, mandando una información equivocada al cerebro y produciendo el famoso mareo.
Aplicaciones de la fuerza centrípeta
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La fuerza centrípeta permite que al interior del átomo, los electrones giran alrededor del núcleo, en órbitas, llamadas niveles de energía.
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Al contrarrestar la fuerza centrípeta; con el peralte en las curvas de las vías, se disminuye la accidentalidad vehicular.
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Las centrífugas en las lavadoras; permite sacar una gran cantidad de agua de la ropa al escurrirla.