Fuerza centrípeta vs fuerza centrífuga: cuál es la diferencia y por qué es importante

La fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga son dos términos que los estudiantes de física comúnmente confunden o malinterpretan.

Un error típico es que la fuerza centrípeta se dirige hacia el centro de la trayectoria circular de un objeto, mientras que la fuerza centrífuga se dirige hacia afuera, como si las dos actuaran en direcciones opuestas. Sin embargo, solo uno de estos es realmente un verdadero ¡fuerza!

La única fuerza que causa el movimiento circular de un objeto es fuerza centrípeta, que siempre se dirige hacia el centro del camino circular. Si un automóvil está doblando una curva, por ejemplo, la fuerza centrípeta que lo hace moverse en una curva en lugar de una línea recta se dirige a lo largo del radio del círculo que el automóvil está trazando.

• La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia, lo que significa que es no es una fuerza real. Fuerza centrípeta es real.

Fuerza centrífuga, por otra parte, no existe. Como el condensador de flujo de "Regreso al futuro", el término fue inventado para ayudar a describir algo imaginario, aunque basado en algunas observaciones reales. Los efectos de moverse en círculo tienden a hacer que un objeto se sienta como si estuviera "volando" hacia afuera, y la idea de un

Cuando un automóvil hace un giro brusco a la izquierda, los pasajeros pueden sentirse "arrojados" hacia la derecha del automóvil. O al final de un circuito en una montaña rusa, los pasajeros pueden sentirse empujados hacia sus asientos.

Estos sentimientos son el resultado de inercia; sin embargo, no una fuerza (aunque puede denominarse fuerza aparente). La inercia describe la tendencia de un objeto a resistir cambios en su movimiento, como lo describe la primera ley de Newton, la ley de la inercia.

Cuando el automóvil da un giro repentino o la montaña rusa se zambulle, los cuerpos humanos en el interior ya se están moviendo con cierta velocidad en una dirección particular. De acuerdo con la Ley de Inercia, estos cuerpos inicialmente resistir cambiando sus velocidades.

Los pasajeros todavía se mueven hacia adelante en el espacio cuando el automóvil comienza a girar hacia la izquierda abruptamente, por lo que en lugar de ser "lanzado a la derecha", el automóvil es en realidad chocando contra ellos desde la izquierda cuando de repente se mueve. Una vez que sus cuerpos se ponen al día y comienzan a moverse hacia la izquierda también, la sensación de choque termina.

De manera similar, en la montaña rusa, los cuerpos todavía se mueven hacia abajo cuando la montaña comienza a empujarlos hacia arriba. Hasta que sus cuerpos se pongan al día para igualar la nueva velocidad de la montaña rusa, sienten que están siendo arrojados contra el exterior de los carros. Sus cuerpos todavía se mueven hacia los carros mientras los carros ahora se mueven hacia sus cuerpos.

La fuerza centrípeta es solo una parte de la receta para hacer que algo se mueva en círculo. El otro ingrediente es velocidad linear. Un objeto tiene que estar en movimiento cuando una fuerza centrípeta actúa en ángulo recto con su movimiento para que se mueva en círculo.

Considere una pelota en el extremo de una cuerda. Para que una persona lo haga girar alrededor de su cabeza, primero tiene que lanzarlo con algún componente horizontal (en otras palabras, no directamente dentro o fuera de sí mismo). La persona tira de la cuerda tensa y la pelota comienza a rodearlos en lugar de volar.

Dos cosas tienen que seguir sucediendo para que la pelota en la cuerda siga girando: la persona debe seguir tirando de la cuerda tensa (tirando de ella), y deben seguir agregando ligeros empujones horizontales para mantener el movimiento lineal de la pelota, que de otro modo se ralentizaría debido a la fricción con el aire. (En el espacio, sin embargo, la persona solo necesita tirar de la cuerda enseñada, ya que la bola no perdería nada de su velocidad lineal mientras gira en el vacío).

Si la pelota no se movía y la persona tiraba de la cuerda tensa, la pelota simplemente se movería hacia adentro, hacia la persona, no un círculo. Si la pelota se estaba moviendo directamente hacia afuera de la persona y tiraban de la cuerda, primero la pelota disminuiría la velocidad, luego cambiaría de dirección y volvería hacia la persona, nuevamente no un círculo.

En estos casos, ni siquiera tendría sentido llamar a la fuerza transmitida a través de la cuerda una fuerza centrípeta. Es simplemente una fuerza de tensión aplicada sobre la pelota.

La palabra centrípeto es solo una forma de describir cualquier fuerza que actúe perpendicularmente a la velocidad lineal de un objeto. Muchos tipos de objetos o interacciones pueden proporcionar fuerzas centrípetas.

Por ejemplo, como ya se mencionó, una cuerda que gira en un círculo proporciona fuerza centrípeta a un objeto atado en el extremo. Un automóvil que gira en una curva experimenta una fuerza centrípeta por la fricción entre sus neumáticos y la carretera. Un satélite en órbita continúa moviéndose en círculo debido a la fuerza gravitacional que proporciona una fuerza centrípeta hacia el centro de la Tierra.

En cada uno de estos casos, si la fuente de la fuerza centrípeta se eliminara repentinamente, la cuerda, la fricción o la gravedad, el objeto dejaría de moverse en círculo. Más específicamente, volaría en una tangente a ese círculo con cualquier velocidad lineal que tuviera.

Porque la fuerza centrípeta se dirige hacia el centro de la trayectoria circular de un objeto y la fuerza centrífuga no existe para contrarrestarlo, el objeto que se mueve en una trayectoria curva debe estar experimentando una fuerza neta hacia el centro del círculo.

De la segunda ley de Newton, F = ma, de ello se deduce que una fuerza neta provoca una aceleración. De hecho, cualquier cosa que se mueva en un círculo tiene una aceleración, conocida como aceleración centrípeta, hacia el centro del círculo.

Esto puede parecer contrario a la intuición, considerando que una aceleración significa una velocidad cambiante, pero muchas cosas se mueven en un círculo a una velocidad aparentemente constante.

Aquí es útil recordar que la velocidad es un vector, con una magnitud y una dirección, y cambiar cualquiera de esos resultados en una nueva velocidad. Cuando un objeto se mueve en un círculo, tanto su velocidad lineal como su aceleración centrípeta cambian constantemente de dirección; en cualquier punto de la ruta, las flechas de cada vector estarán orientadas de manera diferente que en cualquier otro punto de la ruta.

Entonces el objeto continúa viajando en el misma velocidad pero con una dirección en constante cambio. Los físicos describen esto como movimiento circular uniforme.

Debido a que la fuerza centrípeta siempre es perpendicular a la velocidad lineal de un objeto, describe el radio de la trayectoria circular del objeto. Por lo tanto, cuanto mayor sea la fuerza centrípeta, más fuerte será el "tirón" hacia adentro, más apretado o más pequeño será el círculo, y cuanto más floja sea la fuerza centrípeta, mayor será la trayectoria circular.

Esto puede tener sentido intuitivamente: tirar de la cuerda que sostiene la pelota o tomar una curva en un superficie pegajosa con más fricción que en una resbaladiza, como el hielo, ambos resultarán en una superficie circular más pequeña mociones. Solo recuerde que en cualquier situación, la única fuerza que causa el movimiento circular es una hacia adentro, fuerza centrípeta. Ninguna fuerza centrífuga empuja jamás un objeto "hacia afuera" en un círculo.