Fuerza Centrífuga y Fuerza Centrípeta, explicación clara y concisa

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.

1. La dirección de esta fuerza se aleja del eje de rotación y es paralela al eje de rotación.
2. La fuerza centrífuga es igual en magnitud y tamaño a otra fuerza (centrípeta) que actúa hacia el centro de una trayectoria circular.
3. 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.
4. La fuerza, sin embargo, depende de la masa del objeto, la distancia del objeto desde el centro y la velocidad de rotación.
5. El concepto de fuerza centrífuga se ha utilizado en varios dispositivos giratorios, como rotores centrífugos, carreteras elevadas y bombas centrífugas.
6. La unidad de fuerza centrífuga es Newton y la fórmula dimensional es M.¹L¹t^-2.

Fuerza Centrípeta fórmula:

La fórmula para la fuerza centrípeta se expresa de la siguiente manera:

La fuerza centrípeta es la fuerza que mantiene a un objeto en movimiento a lo largo de una trayectoria circular. Esta fuerza actúa hacia el centro de la trayectoria circular y es necesaria para contrarrestar la tendencia del objeto a moverse en línea recta debido a su inercia. La magnitud de la fuerza centrípeta depende de la masa del objeto, su velocidad tangencial y el radio de la trayectoria circular.

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

Dónde está v es la velocidad del cuerpo en movimiento, r es la distancia del cuerpo en movimiento desde el centro y 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:

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

Principio de la fuerza centrífuga

1. Como se discutió anteriormente, la fuerza centrífuga es ficticia o pseudo en el sentido de que solo existe cuando está presente una fuerza centrípeta.
2. Cuando un automóvil de pasajeros gira la rueda, el vehículo es impulsado por la fuerza centrípeta que actúa en todas las partes del vehículo.
3. 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.
4. Esto hace que los pasajeros se desplacen hacia el borde del asiento hacia la puerta, lo que transmite la fuerza centrípeta a los pasajeros.
5. La fuerza experimentada por los pasajeros que se alejan del automóvil es la fuerza centrífuga.
6. 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.
7. 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.
8. Si la cuerda se rompe, la piedra tiende a mantener su inercia y se mueve en línea recta tangente a la trayectoria circular.
9. Si la fuerza centrífuga fuera real, la piedra se movería hacia afuera en lugar de moverse tangencialmente.

¿Cómo se calcula?

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

4. Calcular la fuerza centrífuga con la fórmula dada:

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.

Fuerza centrífuga ejemplos:

• Giro de un automóvil en una curva: Cuando un automóvil toma una curva, los pasajeros dentro del automóvil pueden sentir que son empujados hacia el lado exterior de la curva. Esta sensación se debe a la fuerza centrífuga, que parece empujarlos hacia afuera desde el centro de la trayectoria circular que sigue el automóvil.
• Girar un yo-yo: Cuando haces girar un yo-yo en círculo al final de su cuerda, puedes sentir una fuerza que tira hacia afuera, alejándolo del centro del círculo. Esta fuerza hacia afuera es el resultado de la fuerza centrífuga.
• Montar en un tiovivo: En un tiovivo o carrusel, los pasajeros experimentan la fuerza centrífuga que los empuja hacia afuera desde el centro del carrusel a medida que gira.
• Lavadora centrifugando: Cuando una lavadora centrifuga la ropa mojada, aplica la fuerza centrífuga para eliminar el exceso de agua de la ropa. La ropa se empuja hacia las paredes exteriores del tambor de la lavadora debido a esta fuerza.
• Centrifugadora de laboratorio: En un laboratorio, una centrifugadora se utiliza para separar líquidos y sólidos en muestras. La fuerza centrífuga hace que las partículas más densas se desplacen hacia el fondo de los tubos de muestra, separándolas del líquido.

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.

Fuente de la imagen: Wikia.

Fuerza centrífuga vs fuerza centrípeta

Base de comparación	Fuerza centrípeta	Fuerza centrífuga
Definición	La 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.
Naturaleza	Es una fuerza real y tiene efectos reales.	Se considera una fuerza ficticia o pseudo pero tiene efectos reales.
Dirección	Está dirigido hacia el centro del círculo de rotación.	Está dirigido lejos del centro del círculo de rotación.
Role	El movimiento circular no existe sin fuerza centrípeta.	La fuerza centrífuga no tiene existencia independiente.
Origen	El origen de la fuerza centrífuga se debe a la interacción entre dos objetos.	El origen de la fuerza centrífuga se debe a la inercia.
Fórmula
Acción	La fuerza centrípeta actúa tanto en estructuras inerciales como no inerciales.	La fuerza centrífuga actúa solo en el marco giratorio (marcos no inerciales).

La fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta son dos conceptos fundamentales en la física que nos ayudan a comprender el movimiento circular. La fuerza centrífuga se refiere a la "falsa" fuerza que actúa sobre un objeto en movimiento circular, aparentando alejarlo del centro de rotación. Por otro lado, la fuerza centrípeta es la fuerza real que actúa hacia el centro de rotación, manteniendo al objeto en su trayectoria circular.

Es importante destacar que la fuerza centrífuga no es una fuerza real, sino más bien una ilusión causada por la inercia del objeto en movimiento. Cuando un objeto se mueve en círculos, tiende a seguir moviéndose en línea recta debido a su inercia, pero la fuerza centrípeta actúa sobre él para cambiar su dirección y mantenerlo en la trayectoria circular.

Por otro lado, la fuerza centrípeta es la fuerza que mantiene al objeto en movimiento circular. Esta fuerza actúa hacia el centro de rotación y es necesaria para contrarrestar la tendencia del objeto a moverse en línea recta. Cuanto mayor sea la velocidad del objeto o el radio de la trayectoria circular, mayor será la fuerza centrípeta requerida.

Es importante tener en cuenta que la fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga son dos caras de la misma moneda y están intrínsecamente relacionadas. La fuerza centrípeta es la causa de la fuerza centrífuga, ya que sin la fuerza centrípeta, no habría una fuerza que pareciera alejar al objeto del centro de rotación.

En resumen, la fuerza centrífuga es una "falsa" fuerza que actúa sobre un objeto en movimiento circular, aparentando alejarlo del centro de rotación. Por otro lado, la fuerza centrípeta es la fuerza real que actúa hacia el centro de rotación, manteniendo al objeto en su trayectoria circular. Ambas fuerzas están íntimamente relacionadas y son fundamentales para comprender el movimiento circular.

Referencias y fuentes

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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://brainly.in/question/8429538
• 1% - http://bioedonline.org/lessons-and-more/lessons-by-topic/plants-form-function/how-does-gravity-affect-root-growth/
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• <1% - https://blablawriting.com/centrifugal-force-essay
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