Fuerza centrípeta: definición, fórmula, principio, ejemplos (versus fuerza centrípeta)

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Definición de fuerza centrífuga

La fuerza centrífuga es una fuerza exterior ficticia que experimenta un objeto que se mueve en una trayectoria circular que se aleja del centro de rotación.

  • La dirección de esta fuerza se aleja del eje de rotación y es paralela al eje de rotación.
  • La fuerza centrífuga es igual en magnitud y tamaño a otra fuerza (centrípeta) que actúa hacia el centro de una trayectoria circular.
  • Se llama fuerza ficticia porque solo interviene cuando hay una fuerza centrípeta. Esta fuerza resulta de la propiedad de inercia del cuerpo que se mueve en una trayectoria circular.
  • La fuerza, sin embargo, depende de la masa del objeto, la distancia del objeto desde el centro y la velocidad de rotación.
  • El concepto de fuerza centrífuga se ha utilizado en varios dispositivos giratorios, como rotores centrífugos, carreteras elevadas y bombas centrífugas.
  • La unidad de fuerza centrífuga es Newton y la fórmula dimensional es M.1L1t-2.

Fuerza centrífuga ffórmula

A continuación se muestra la fórmula para calcular la fuerza centrífuga.

Si se conoce la velocidad del objeto en movimiento, la fuerza centrífuga se puede calcular mediante la fórmula:

Fórmula de fuerza centrífuga

Dónde está v es la velocidad del cuerpo en movimiento, r es la distancia del cuerpo en movimiento desde el centro e metro es la masa del cuerpo en movimiento.

Si se conoce la velocidad angular del objeto en movimiento, la fuerza centrífuga se puede calcular mediante la fórmula:

Fórmula de fuerza centrífuga

Dónde está ω es la velocidad angular, r es la distancia del cuerpo en movimiento desde el centro e metro es la masa del cuerpo en movimiento.

Principio de la fuerza centrífuga

  • Como se discutió anteriormente, la fuerza centrífuga es ficticia o pseudo en el sentido de que solo existe cuando está presente una fuerza centrípeta.
  • Cuando un automóvil de pasajeros gira la rueda, el vehículo es impulsado por la fuerza centrípeta que actúa en todas las partes del vehículo.
  • Sin embargo, los pasajeros del automóvil conservan la libertad de movimiento y, por lo tanto, mantienen una línea recta cuando el vehículo comienza a girar.
  • Esto hace que los pasajeros se desplacen hacia el borde del asiento hacia la puerta, lo que transmite la fuerza centrípeta a los pasajeros.
  • La fuerza experimentada por los pasajeros que se alejan del automóvil es la fuerza centrífuga.
  • La ley de movimiento de Newton no la considera una fuerza real ya que según la segunda ley de movimiento de Newton, la aceleración es causada por la fuerza.
  • Cuando se gira una piedra al final de la cuerda atada a un poste en el suelo, la dirección de la velocidad de la piedra cambia continuamente, lo que crea una aceleración.
  • Si la cuerda se rompe, la piedra tiende a mantener su inercia y se mueve en línea recta tangente a la trayectoria circular.
  • Si la fuerza centrífuga fuera real, la piedra se movería hacia afuera en lugar de moverse tangencialmente.

¿Cómo se calcula la fuerza centrífuga?

Para esto, tomemos el mismo ejemplo de piedra al final del alambre atado a un poste. Para calcular la fuerza centrífuga que sufre la piedra se pueden seguir los siguientes pasos:

  1. Determine la masa (m) de la piedra. Digamos que la masa es de 5 kg.
  2. Determina la longitud de la cuerda. Digamos que la longitud es de 10 m.
  3. Determine la velocidad de la piedra. Supongamos que la fuerza tangencial es de 5 m/s. La velocidad puede ser velocidad tangencial (v) o velocidad angular (ω). Si la velocidad es la velocidad angular, la velocidad tangencial se puede calcular como:

v = ω × r

  1. Calcular la fuerza centrífuga con la fórmula dada:

Cómo se calcula la fuerza centrífuga

Por tanto, la fuerza centrífuga será de 12,5 N.

Aplicaciones de la fuerza centrífuga

Aunque la ley de Newton no considera la fuerza centrífuga real, tiene múltiples aplicaciones:

  1. Las centrífugas funcionan según el principio de la fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga creada por los rotores induce un gradiente de presión hidrostática en las tuberías dirigidas perpendicularmente al eje de rotación. Esto da como resultado mayores fuerzas de flotación que empujan las partículas menos densas hacia adentro mientras que las partículas más densas se desplazan hacia afuera. Este principio permite la separación de partículas en función de su densidad.
  2. El gobernador centrífugo es un sistema que mantiene una velocidad constante en un motor mediante el desplazamiento radial del combustible o líquido de trabajo causado por la fuerza centrífuga.
  3. Las fuerzas centrífugas se utilizan para generar gravedad artificial en estaciones espaciales giratorias. Estas estaciones ayudan a estudiar los efectos de la gravedad en otras plantas de forma simulada.
  4. La fuerza centrífuga también es utilizada por las lavadoras secadoras donde la rotación del rotor en una lavadora genera una fuerza centrífuga que hace que la ropa se aleje del centro. Esto hace que el agua salga expulsada de la ropa mojada a través de los orificios de la cámara.
  5. Las fuerzas centrífugas se utilizan en varias atracciones en parques de diversiones donde la fuerza empuja a los pasajeros contra la pared y permite que los pasajeros se levanten del piso de los automóviles.

Ejemplos de fuerza centrífuga

La fuerza centrífuga se puede ver en varios procesos en nuestra vida diaria; algunos ejemplos se dan a continuación:

  1. La fuerza que actúa sobre los pasajeros externos en un automóvil cuando el automóvil gira es un ejemplo de fuerza centrífuga.
  2. Cuando se hace girar en círculo una piedra atada a un hilo, la fuerza ejercida sobre las manos también se debe a la fuerza centrífuga.
  3. La tierra es aplanada en el polo y abultada en el ecuador porque la fuerza centrífuga que actúa sobre las partículas en el ecuador es máxima.
  4. Cuando un balde lleno de agua gira en círculo, el agua del balde no cae porque el peso del balde está equilibrado por la fuerza centrífuga que actúa sobre el balde.
  5. El barro adherido a las ruedas de los coches es lanzado tangencialmente hacia el guardabarros por efecto de la fuerza centrífuga.

Fuerza centrífuga

Fuente de la imagen: Wikia.

Fuerza centrífuga vs fuerza centrípeta

Base de comparaciónFuerza centrípetaFuerza centrífuga
DefiniciónLa fuerza centrípeta es la fuerza que actúa sobre un cuerpo que se mueve en una trayectoria circular a lo largo del radio de la trayectoria circular y está dirigida hacia el centro de la circunferencia.La fuerza centrífuga es una fuerza exterior ficticia que experimenta un objeto que se mueve en una trayectoria circular que se aleja del centro de rotación.
NaturalezaEs una fuerza real y tiene efectos reales.Se considera una fuerza ficticia o pseudo pero tiene efectos reales.
DirecciónEstá dirigido hacia el centro del círculo de rotación.Está dirigido lejos del centro del círculo de rotación.
RoleEl movimiento circular no existe sin fuerza centrípeta.La fuerza centrífuga no tiene existencia independiente.
OrigenEl origen de la fuerza centrífuga se debe a la interacción entre dos objetos.El origen de la fuerza centrífuga se debe a la inercia.
FórmulaFórmula de fuerza centrífugaFórmula de fuerza centrífuga
AcciónLa fuerza centrípeta actúa tanto en estructuras inerciales como no inerciales.La fuerza centrífuga actúa solo en el marco giratorio (marcos no inerciales).

Referencias y fuentes

  • Khatry MK et al. Principios de la física. Publicaciones Aayam.
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  • 1% - https://www.reference.com/science/centripetal-force-involved-operation-washing-machine-ee15394203b35628
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  • 1% - https://www.ielts-mentor.com/writing-sample/writing-task-2/1313-ielts-writing-task-2-sample-323-the-private-motor-vehicle-has-greatly -mejor-libertad-de-movimiento-individual
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  • 1% - https://www.answers.com/Q/What_does_the_mass_of_an_object_depend_on
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  • 1% - https://thenewtonslaw.com/what-is-newtons-second-law-of-motion/
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  • 1% - https://brainly.in/question/8429538
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  • <1% - https://www.thinktco.com/what-is-centripetal-force-4120804
  • <1% - https://www.omnicalulator.com/physics/maximum-height-projectile-motion
  • <1% - https://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Centrifugal_force_(rotating_reference_frame)/Archive_13
  • <1% - https://byjus.com/physics/angular-velocity-linear-velocity/
  • <1% - https://blablawriting.com/centrifugal-force-essay
  • <1% - http://calctool.org/CALC/phys/newtonian/centrifugal

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