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
