En problemas que involucran movimiento circular, con frecuencia se descompone una fuerza en una fuerza radial, F_r, que apunta a el centro de movimiento y una fuerza tangencial, F_t, que apunta perpendicular a F_r y tangencial a la circular camino. Dos ejemplos de estas fuerzas son las aplicadas a objetos inmovilizados en un punto y movimiento alrededor de una curva cuando hay fricción.
Utilice el hecho de que si un objeto está inmovilizado en un punto y aplica una fuerza F a una distancia R del pasador en un ángulo θ relativo a una línea al centro, entonces F_r = R ∙ cos (θ) y F_t = F ∙ pecado (θ).
Imagine que un mecánico empuja el extremo de una llave con una fuerza de 20 Newtons. Desde la posición en la que está trabajando, debe aplicar la fuerza en un ángulo de 120 grados con respecto a la llave.
Utilice el hecho de que cuando aplica una fuerza a una distancia R de donde un objeto está inmovilizado, el par es igual a τ = R ∙ F_t. Es posible que sepa por experiencia que cuanto más lejos del pasador empuje una palanca o llave, más fácil será hacer que gire. Empujar a una distancia mayor del pasador significa que está aplicando un par mayor.
Utilice el hecho de que la única fuerza necesaria para mantener un objeto en movimiento circular a una velocidad constante es una fuerza centrípeta, F_c, que apunta hacia el centro del círculo. Pero si la velocidad del objeto está cambiando, entonces también debe haber una fuerza en la dirección del movimiento, que es tangencial a la trayectoria. Un ejemplo de esto es la fuerza del motor de un automóvil que hace que se acelere al dar la vuelta a una curva o la fuerza de fricción que lo frena para detenerse.
Imagínese que un conductor quita el pie del acelerador y deja que un automóvil de 2.500 kilogramos se detenga a partir de una velocidad inicial de 15 metros / segundo mientras se conduce alrededor de una curva circular con un radio de 25 metros. El coche recorre 30 metros y tarda 45 segundos en detenerse.
Calcula la aceleración del automóvil. La fórmula que incorpora la posición, x (t), en el tiempo t en función de la posición inicial, x (0), la velocidad inicial, v (0), y la aceleración, a, es x (t) - x ( 0) = v (0) ∙ t + 1/2 ∙ a ∙ t ^ 2. Inserte x (t) - x (0) = 30 metros, v (0) = 15 metros por segundo yt = 45 segundos y resuelva para la aceleración tangencial: a_t = –0,637 metros por segundo al cuadrado.
Utilice la segunda ley de Newton F = m ∙ a para encontrar que la fricción debe haber aplicado una fuerza tangencial de F_t = m ∙ a_t = 2,500 × (–0,637) = –1,593 Newtons.
Referencias
- Luz y materia: Capítulo 4. Conservación del momento angular
- Hiperfísica: Torque
- Hiperfísica: cálculo de par
Sobre el Autor
Ariel Balter comenzó escribiendo, editando y componiendo tipos, cambió de tema por un tiempo en los oficios de la construcción, luego regresó a la escuela y obtuvo un doctorado en física. Desde entonces, Balter ha sido un científico y profesor profesional. Tiene una vasta área de experiencia que incluye cocina, jardinería orgánica, vida ecológica, oficios de construcción ecológica y muchas áreas de la ciencia y la tecnología.
