Cómo calcular la fuerza centrípeta

Antes de aprender a calcular la fuerza centrípeta, veamos qué es la fuerza centrípeta y cómo se deriva. Un objeto que se mueve en un camino circular está acelerando. incluso si Mantiene una velocidad constante. La aceleración experimentada por tal objeto se llama centrípeto aceleración, y siempre apunta hacia el centro del camino circular. Según la segunda ley de Newton, tiene que haber una fuerza centrípeta apuntando hacia el centro de la trayectoria circular, que es responsable del movimiento circular. En este artículo, observamos varios ejemplos de cómo calcular la fuerza centrípeta..

Cómo encontrar la fuerza centrípeta

Derivar la fuerza centrípeta es bastante sencillo una vez que estás familiarizado con los conceptos de aceleración centrípeta y la segunda ley de Newton..

La aceleración centrípeta sobre un cuerpo que viaja a una velocidad constante. en una trayectoria circular con un radio es dado por

 

Si la velocidad angular del cuerpo es , entonces la aceleración centrípeta podría escribirse como

Ahora, para pasar de la fuerza centrípeta a la aceleración centrípeta, simplemente hacemos uso de la segunda ley del movimiento de Newton., . Luego, aceleración centrípeta.  para un cuerpo que tiene masa es,

y,

Cómo calcular la fuerza centrípeta

Ejemplo 1

Una pequeña bola de masa de 0,5 kg se une a una cuerda y se gira a una velocidad constante en un círculo horizontal, que tiene un radio de 0,4 m. El movimiento circular de la bola tiene una frecuencia de 1.8 Hz..

a) Encuentre la fuerza centrípeta.

b) Calcule cuánta fuerza se necesitaría para mover la bola en el mismo círculo, pero con el doble de velocidad.

Cómo calcular la fuerza centrípeta - Ejemplo 1

Ejemplos de fuerza centrípeta

Ahora veremos varias situaciones donde los conceptos que hemos aprendido sobre el movimiento circular son aplicables. La clave para resolver este tipo de problemas es identificar el camino circular y entonces Encuentra la fuerza resultante que apunta hacia el centro de la trayectoria circular.. Esta fuerza resultante es la fuerza centrípeta..

Movimiento circular de un péndulo cónico

Supongamos una misa  unido al final de una cadena de longitud  Hecho para moverse en un círculo horizontal con radio. , tal que la cuerda forma un ángulo  a la vertical. La situación se ilustra a continuación:

Cómo calcular la fuerza centrípeta - péndulo cónico

Es importante señalar aquí que la El péndulo no se puede girar en un círculo horizontal con la cuerda paralela al suelo. La gravedad siempre está tirando del péndulo hacia abajo, por lo que siempre debe haber una fuerza vertical para equilibrar esto. La fuerza vertical debe provenir de la tensión, que actúa a lo largo de la cuerda. Por lo tanto, para que la tensión pueda equilibrar la tracción hacia abajo del peso, la cuerda del péndulo siempre debe estar en ángulo con el suelo. 

Movimiento circular y banca

La banca ocurre cuando, por ejemplo, un automóvil se desplaza en una pista inclinada en una trayectoria circular o cuando un piloto en ángulo deliberadamente un avión para mantener una trayectoria circular. El diagrama de cuerpo libre para ambos casos es similar, por lo que usaré solo un diagrama para encontrar la fuerza centrípeta en ambos casos. La única diferencia es que la fuerza nombrada  para el automóvil es la fuerza de reacción entre los neumáticos del automóvil y la superficie de la carretera, mientras que para el avión,  Es la fuerza de "elevación" de las alas. En ambos casos,  Se refiere a la masa del coche / avión..

Cómo calcular la fuerza centrípeta - Banca

Ejemplo 2

Un carro viaja a 20 m s.^-1 En un tramo bancario de una carretera. Si el radio de la trayectoria circular horizontal es de 200 m, calcule el ángulo de inclinación necesario para mantener el automóvil en movimiento a esta velocidad, sin fricción entre los neumáticos y la carretera..

Si hay fricción, contribuiría a la fuerza centrípeta y el vehículo podría moverse a una velocidad mayor. Sin embargo, asumimos que la fricción es 0 aquí (imagine un camino muy resbaladizo).

Cómo calcular la fuerza centrípeta - Ejemplo 2