COMANDO DE EDUCACIÓN Y DOCTRINA DEL EJÉRCITO
ESCUELA MILITAR DE CHORRILLOS
“FRANCISCO BOLOGNESI”
COMANDO DE EDUCACIÓN Y DOCTRINA DEL EJÉRCITO
ESCUELA MILITAR DE CHORRILLOS
“FRANCISCO
BOLOGNESI”
DEPARTAMENTO
DE FORMACIÓN
MILITAR
SECCIÓN CIENCIA
MILITAR
DEPARTAMENTO
DE FORMACIÓN
MILITAR
SECCIÓN CIENCIA MILITAR
FUERZA CENTRIPETA Y FUERZA CENTRÍFUGA
MONOGRAFIA
ASIGNATURA ASIGNATURA
:
AÑO/SECC
AÑO/ SECCIÓN:
III ING
FACILITADOR
FACILITADOR ALUMNOS
:
:
………………………………………………
:
GEOPOLÍTICA Y ESTRATEGIA MILITAR
:
PRIMER / 3RA SECCIÓN
:
CRL (R) WILFREDO ASTONI MEGO ZAPATA
:
ALO I………………………………………………………
ALO I………………………………………………………
ALO I………………………………………………………
ALO I………………………………………………………
2019
- II
AUTOR
CAD III ING PARRAGUEZ ORELLANO FERNAND
INTRODUCCIÓN
Como sabemos, los conceptos de fuerza centrípeta y fuerza centrífuga son
fundamentales en Mecánica al estudiar la dinámica del movimiento curvilíneo.
Es importante darse cuenta de que, en realidad, ambas fuerzas representan
exactamente lo mismo según se observe la situación física desde un sistema de
referencia u otro.
Esto quiere decir que nunca podemos mezclarlas en el planteamiento de un
problema: si aparece una de ellas, entonces no puede aparecer la otra.
Todos los cuerpos del universo siguen una trayectoria que puede ser recta o
circular. En los movimientos rectilíneos la aceleración puede cambiar, pero no
así la dirección del movimiento.
Para que un cuerpo se mueva de manera circular, necesita que se ejerza una
fuerza dirigida hacia el centro.
La fuerza que tiende a que los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje
es la centrífuga y la que hace que los componentes de un sistema en rotación
traten de acercarse a su eje es la centrípeta.
EL CONCEPTO DE FUERZA CENTRÍFUGA Y CENTRIPETA
La fuerza centrífuga y centrípeta son partícipes del movimiento circular, cuya
diferencia principal radica en el marco de referencia desde el que se analiza el
movimiento. Se habla de fuerza centrífuga (fuerza hacia afuera) cuando se
examina el movimiento desde el marco de referencia fijo en el objeto que da
vueltas, mientras que la fuerza centrípeta es la responsable de mantener al
objeto dando vueltas, visto desde un sistema de referencia fijo en Tierra.
A la fuerza centrífuga se la conoce como pseudo-fuerza o fuerza ficticia, porque
no es el resultado de una interacción verdadera entre dos objetos, aunque sea
muy real para los ocupantes de un automóvil que está dando una curva, sobre
todo si van a buena velocidad. Los pasajeros sienten que algo invisible los
empuja hacia afuera, de allí la denominación de fuerza centrífuga, pero en
realidad lo que sienten las personas es la inercia que todos los cuerpos poseen:
la resistencia natural a cambiar el movimiento. No es posible identificar al agente
responsable de “echar fuera” a los pasajeros y por eso la fuerza centrífuga es
una fuerza ficticia.
En cambio, la fuerza centrípeta, vista desde un marco de referencia fijo en la
Tierra, claramente es la que ayuda al objeto a permanecer en su trayectoria,
apuntando hacia el centro de la circunferencia. Sin ella el movimiento circular no
es posible.
El observador en dicho marco puede identificar fácilmente a la fuerza
responsable, por ejemplo, cuando un niño juega haciendo girar una piedra atada
a una cuerda, la fuerza que mantiene la rotación proviene de la tensión. Si esta
tensión desaparece súbitamente, bien sea porque el niño afloje la cuerda o esta
se reviente, la piedra de inmediato deja de dar vueltas, y en caso de ruptura, la
piedra describe un arco de parábola (porque quedó librada a la gravedad) y va a
parar al suelo.
No solamente la tensión puede hacer de fuerza centrípeta, también están otras
interacciones
conocidas.
La
gravedad,
el
rozamiento,
la
atracción electrostática o la fuerza magnética, a veces se ocupan de hacer que
los objetos o las partículas se mantengan en rotación y en ese caso, dichas
fuerzas se dirigen siempre hacia el centro de la circunferencia descrita.
Sistemas de referencia: inercial, y no inercial
De todo lo antes dicho, se concluye que el marco de referencia seleccionado
para observar el movimiento influye mucho en la manera en que un observador
describe las cosas.
Para empezar, hay que distinguir los dos tipos de marco de referencia. El que
está fijo a Tierra se llama marco de referencia inercial, mientras que el que
acompaña al objeto que rota es un marco de referencia no inercial.
El primero se supone que no está acelerado (no considera el movimiento de
rotación terrestre) y el segundo sí, porque para dar vueltas se necesita
una aceleración centrípeta, ya que la velocidad se ve obligada a cambiar
continuamente de dirección.
La fuerza centrífuga nunca aparece ante la vista del observador ubicado en el
sistema de referencia inercial. Este jamás ve que el objeto sea empujado hacia
fuera de la trayectoria, por el contrario, para él, la fuerza que mantiene el
movimiento siempre está dirigida hacia el centro.
Ahora bien, resulta que la segunda ley de Newton es válida únicamente para los
sistemas de referencia inerciales. Entonces, ¿qué fuerzas actúan sobre el
automóvil que da la curva a gran velocidad, según un observador que lo ve todo
estando de pie en la acera?
Este observador externo advierte que la interacción que suministra al automóvil
la fuerza dirigida hacia el centro de la curva es la fricción entre los neumáticos y
el pavimento. Y directamente sobre los pasajeros, nota que existe la normal que
ejerce la portezuela o la curvatura de la butaca, obligándolos a seguir la
circunferencia.
ILUSTRACIONES:
La fuerza centrípeta es contraria a la
centrífuga. Es la atracción de un objeto
que gira circularmente entorno a un eje
o un centro hacia ese centro. La fuerza
centrípeta
siempre
actúa
de
forma perpendicular a la dirección del
movimiento.
Si suponemos que el movimiento es circular, como se
muestra en la figura 1, tenemos que en cada punto de la
trayectoria las fuerzas sobre el móvil, en un sistema de
referencia fijo a él, (y por lo tanto no inercial), son dos: la
fuerza centrípeta, hacia el centro de la trayectoria,
producida por el rozamiento de las ruedas con el suelo
(sobre el coche) y por ende ejercida por el coche sobre la
persona que viaja en él, y la fuerza centrífuga, de igual
módulo y dirección, pero sentido opuesto, que cancela a
la primera y hace que el móvil (y la persona que va dentro
de él) esté en reposo según dicho sistema de referencia.
La fuerza centrífuga (F) no es una fuerza
propiamente tal, sino que es producida por
la inercia de los cuerpos al moverse en torno a
un eje,
pues estos tienden a seguir
una trayectoria tangencial a la curva que
describen. La fuerza centrífuga aumenta con
el radio del giro (r) y con la masa (m) del cuerpo,
La fuerza centrífuga, es la fuerza de la
inercia o la pseudofuerza, es decir una
fuerza que no es real, es usada para
poder explicar la existencia de la fuerza
centrípeta. La cual se establece en
movimientos circulares sobre sistemas
de referencia no inerciales.
IMPORTANCIA
La aceleración centrífuga, aunque se le denomina como una fuerza ficticia
y se le resta importancia en cuanto a la fuerza centrípeta.
Cumple igualmente con un papel primario entre las energías de movimiento
circular con la que podemos dar explicación a una multitud de fenómenos y
situaciones de la vida diaria, así como de temas más trascendentales como lo
es el espacio exterior y los planetas del sistema solar.
Apoyo a la investigación
La aceleración centrífuga es muy útil para estudiar diferentes escenarios de la
vida cotidiana de los seres humanos, al igual que el estudio de las fuerzas de la
inercia.
Son estas fuerzas las que causan efectos como el movimiento de los columpios
en los parques infantiles o consecuencias catastróficas en accidentes
automovilísticos a muy altas velocidades.
Máxima aceleración permitida
La aceleración centrífuga y la aceleración de la gravedad junto a sus fuerzas
tienen un rol vital en áreas como la aviación, en los cuales los seres humanos
son expuestos a velocidades muy por encima de la aceleración común.
Con las medidas y ecuaciones de las fuerzas de la inercia es posible determinar
cuáles son los niveles de aceleración máximos que el cuerpo es capaz de
soportar.
Esto se implica asimismo en la fabricación de aeronaves y sus especificaciones
técnicas, asegurando que sean aptas para el uso humano y que cumplan con los
niveles de aceleración permitidos.
Fuerza centrífuga en los automóviles
En el desarrollo automovilístico, al igual que en la aviación, también es bastante
importante tener siempre en cuenta las fuerzas centrífuga y centrípeta, ya que,
bajo estos principios entre muchos otros, es que se regirá la seguridad del piloto
que está al volante y el nivel de riesgo que este sufre.
La fuerza con que el sol atrae a la tierra, amarrar una pelota para posteriormente
hacerla girar en círculos y las montañas rusas son ejemplos claros de
fuerza centrípeta, debido a que el cuerpo siempre se dirigirá hacia el lugar
donde se produce la mencionada intensidad (centro).
Cuando se habla de la fuerza centrífuga el movimiento de traslación, la forma
en que accionan las lavadoras y licuadoras son clásicos ejemplos de este
fenómeno físico.
Por si no lo saben, la licuadora produce una fuerza centrífuga al lanzar hacia el
exterior el producto final. Y la misma historia sucede con la lavadora.
No se necesita ser un físico experimentado para estar en contacto con estas
intensidades.
Como se pudo observar, las mismas nos acompañan en cualquier actividad que
desempeñemos en nuestra vida cotidiana.
Aplicaciones
El conocimiento de estas dos fuerzas es útil para varias cuestiones relativamente
cotidianas. Por ejemplo, al diseñar una carretera se pueden prevenir derrapes y
se puede mejorar la tracción en las curvas, así como el acceso a rampas. De la
misma forma, la fuerza centrífuga ayuda a separar las partículas suspendidas en
un fluido al hacer girar los tubos de ensayo a altas velocidades
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