Dinámica circular

Física. Fuerza centrípeta. Fuerza centrífuga. Inercia rotacional. Momento angular

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Guía Disertación Física: Dinámica Circular

¿Qué es la dinámica circular?

La dinámica circular estudia las causas que determinan un movimiento rotatorio. Por ejemplo: En un fenómeno atmosférico como un huracán, intervienen fuerzas de gran magnitud. La dinámica circular estudia las fuerzas que originan este tipo de movimiento circular.

Factores de la dinámica circular:

  • Fuerza Centrípeta: La fuerza centrípeta es toda fuerza que actúa en un movimiento circunferencial, cuya dirección es el radio de la circunferencia y su sentido es hacia el centro de la circunferencia. La fuerza centrípeta tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta. Esto se puede explicar a través de la segunda Ley de Newton, que dice que “La fuerza neta o resultante de la acción de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto, es directamente proporcional a la aceleración que adquiere. Eso quiere decir que ambos vectores tienen igual dirección y sentido. Es importante también resaltar que se necesita una fuerza centrípeta constante para que haya un movimiento circunferencial.

  • Fuerza Centrífuga: La fuerza centrífuga no es una fuerza real, sino que es el efecto de la inercia que experimenta un cuerpo en movimiento curvilíneo, por eso a esta fuerza también se le llama fuerza ficticia.
    Cuando estás al interior de un sistema en movimiento (un auto, un tren o una micro) muchos de los movimientos que realiza tu cuerpo se deben a la inercia, Por ejemplo, si vas en una micro, y la micro frena tu cuerpo se mueve hacia delante, pero cuando acelera sientes una fuerza hacia atrás. Estamos en presencia de las fuerzas ficticias, que se producen en sistemas acelerados, también llamados no inerciales. Imaginemos una honda que se hace girar con una piedra en el extremo, hay una fuerza hacia el centro de la circunferencia descrita en el aire. De pronto la piedra se suelta y sale disparada tangencialmente a la circunferencia. ¿hay alguna fuerza actuando en ese sentido? No, lo que hace la piedra, es seguir en la dirección de la velocidad que tenía en el momento de soltarse. Por lo tanto la fuerza centrífuga no es una fuerza real, sino un efecto de la inercia en el cuerpo.

  • Inercia Rotacional: La inercia Rotacional es la tendencia de un cuerpo que está en movimiento circunferencial a seguir girando. Para que un objeto inicie o modifique su rotación, se requiere de una fuerza que actúe a cierta distancia del eje de giro. La fuerza aplicada para hacer girar un objeto debe ser perpendicular al radio de giro y proporcionar el torque necesario para iniciar o modificar la rotación. Una vez que el torque actúa sobre un objeto, este girará con velocidad angular constante a no ser que actúe otro torque que cambie su estado de movimiento rotacional. Esta tendencia a seguir girando corresponde a la inercia de rotación.
    ¿Cómo influye la masa de un cuerpo en la rotación? La inercia de rotación depende de la distribución de la masa en torno al eje de giro. Si en un cuerpo la mayoría de la masa está ubicada muy lejos del centro de rotación, la inercia rotacional será muy alta y costará hacerlo girar o detener su rotación, en cambio, si la masa está cerca del centro de rotación, la inercia será menor y será más fácil hacerlo girar. La forma en que se distribuye la masa de un cuerpo en relación a su radio de giro, se conoce como momento de inercia.

  • Momento Angular: El momento angular es la tendencia de un objeto que gira, a conservar su eje de rotación. El momento angular es un vector que apunta en la dirección del eje de rotación, produciendo una cierta estabilidad de giro en ese eje y depende del momento de inercia del objeto y de la velocidad angular que él mantenga.

  • Por ejemplo: Jugar al trompo no es fácil, y cuando se logra que el trompo gire, mantiene su movimiento debido a la inercia rotacional. La rapidez con que gira y el tiempo que permanece girando, dependen de su momento de inercia. Si el trompo gira muy rápido, mantiene su rotación en torno al eje vertical y si uno trata de empujarlo, tiende a recuperar su eje de rotación. Esto ocurre porque el eje de rotación de un objeto no cambia su dirección, a menos que se le aplique un torque que lo haga cambiar.

    Resumen:

    La dinámica circular estudia las causas que determinan un movimiento rotatorio.

    Cuando a un objeto en movimiento se le aplica una fuerza en una dirección perpendicular a su trayectoria, el objeto descubrirá una circunferencia. Esta fuerza central es conocida como fuerza centrípeta, la que tiene la misma dirección y sentido que la aceleración centrípeta. Cualquier tipo de fuerza que haga girar en círculos a un cuerpo recibe la denominación de fuerza centrípeta.

    Si deseamos iniciar una rotación, deberá aplicarse un torque sobre el objeto, es decir una fuerza perpendicular al radio de giro que permita variar la rotación. Una vez que el cuerpo se encuentra girando, tenderá a seguir haciéndolo a no ser que algún torque externo lo haga modificar este estado. Este hecho es conocido como inercia de rotación, la que se deduce de la ley de conservación del momento angular.

    El momento angular depende del momento de inercia, que se relaciona con la distribución de la masa de un cuerpo en relación al eje de giro, y de la rapidez angular con que gira.

    'Dinámica circular'

    Glosario:

    Torque: También se conoce como el momento de una fuerza y actúa para producir rotación en un cuerpo. Se define como el producto de la componente perpendicular de la fuerza por el largo del brazo.

    Inercia: Tendencia de los cuerpos a permanecer en el estado de movimiento que se encuentran.

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