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Física del movimiento circular: explicación detallada

mayo 15, 2020
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Movimiento circular explicado

El movimiento circular es un concepto muy importante en física. Aquí en esta página me gustaría analizar el concepto de movimiento circular. Te encuentras con movimientos circulares en tu día a día. Muchos paseos en parques de atracciones se someten a movimientos circulares. Las curvas en la carretera son parte de un círculo y los automóviles que hacen una tun se someten a un movimiento circular. Tiovivos en parques infantiles ofrecen más ejemplos de movimiento circular uniforme. Ahora aprendamos más sobre el movimiento circular. Ahora, cuando una partícula se mueve a lo largo de una trayectoria circular, debe tener componentes de aceleración perpendiculares a la trayectoria cuando su velocidad es constante. Tal tipo de movimiento circular se llama Movimiento circular uniforme . Para este artículo considere la partícula se mueve en una trayectoria circular con velocidad constante. Aquí en este artículo discutiremos cómo conducir la relación entre el componente normal de la aceleración, la velocidad de la partícula y el radio de la ruta. Para entender esto, considere la figura que figura a continuación.   Esta figura representa una partícula que se mueve en una trayectoria circular de radio $ R $ y tiene su centro en $ O $. Aquí los vectores $ v_ {1} $ y $ v_ {2} $ representan las velocidades en los puntos P y Q respectivamente. La figura a continuación muestra el cambio de vector en la velocidad que es $ Delta v $ a medida que la partícula se mueve de $ P $ a $ Q $ en el tiempo $ Delta t $. profesor-de-fisica - construcción para encontrar el cambio en la velocidad de la partícula que se mueve en círculo   El triángulo $ OPQ $ en la primera figura y el triángulo $ opq $ en la segunda figura son similares, ya que ambos son triángulos isósceles y los ángulos etiquetados $ Delta theta $ en ambos triángulos son iguales. Por lo tanto tenemos $ frac { Delta v} {v_ {1}} = frac { Delta s} {R} $ oro $ Delta v = frac {v_ {1}} {R} Delta s $ Sea $ | a _ { perp} | $ la magnitud de la aceleración normal promedio durante el tiempo $ Delta t $ y es igual a $ frac { Delta v} { Delta t} $. Entonces de la ecuación anterior obtenemos $ | a _ { perp} | = frac { Delta v} { Delta t} = frac {v_ {1}} {R} frac { Delta s} { Delta t} $ Entonces, la aceleración instantánea $ a _ { perp} $ en el punto $ P $ es el valor limitante de esta expresión, ya que tomamos el punto $ Q $ al punto $ P $ y $ Delta t rightarrow 0 $ Entonces

$ {a_ bot} = mathop { lim} limits _ { Delta t to 0} left ({ frac {{{v_1}}} {R} frac {{ Delta s}} {{ Delta t}}} right) = frac {{{v_1}}} {R} mathop { lim} limits _ { Delta t to 0} left ({ frac {{ Delta s} } {{ Delta t}}} right) $ Pero el valor límite de $ { frac {{ Delta s}} {{ Delta t}}} $ es la velocidad $ {{v_1}} $ de la partícula en el punto $ P $. Como $ P $ puede ser cualquier punto de la ruta, podemos colocar convenientemente el subíndice de $ {{v_1}} $ y dejar que $ v $ represente la velocidad de la partícula en cualquier punto de la ruta circular. Entonces $ {a_ bot} = frac {{{v ^ 2}}} {R} $ Entonces, de la ecuación anterior podemos decir que

La magnitud de la aceleración normal instantánea es igual al cuadrado de la velocidad dividido por el radio. Su dirección es perpendicular a $ v $ y actúa en dirección hacia adentro a lo largo del radio de la trayectoria circular hacia el centro del círculo.

Por eso se llama aceleración central o centrípeta. El término centrípeto significa buscar el centro. Hasta ahora hemos discutido la física del movimiento circular con partículas que se mueven con velocidad constante. Si la velocidad varía, entonces la ecuación anterior para la aceleración normal o la aceleración centrípeta aún se mantiene, pero en caso de que varíe la velocidad, también tiene un componente tangencial de aceleración $ {a_ parallel} $, igual a la tasa de cambio de velocidad. Entonces $ {a_ parallel} = mathop { lim} limits _ { Delta t to 0} left ({ frac {{ Delta {v_ parallel}}}} {{ Delta t}}} right ) $ Entonces, si la velocidad es constante, entonces no hay aceleración tangencial. En este caso, la aceleración es puramente normal. Esta aceleración normal es el resultado del cambio continuo en la dirección de la velocidad.

Fuerzas que causan aceleración centrípeta

Sabemos que es la segunda ley de Newton la que gobierna el movimiento circular, así como otros movimientos de la partícula. La aceleración centrípeta actúa hacia el centro de la trayectoria circular para una partícula que se mueve en movimiento circular uniforme. Esta aceleración centrípeta es causada por la fuerza que también se dirige hacia el centro. Como la magnitud de la aceleración centrípeta es igual a ( frac {{{v ^ 2}}} {R}), y se dirige hacia el centro, la magnitud de la fuerza sobre la partícula de masa $ m $ sería, $ F = m {a_ bot} = m frac {{{v ^ 2}}} {R} $ Uno de los ejemplos familiares de este tipo de fuerza es el que ata una piedra a una cuerda y la hace girar. La cuerda debe tirar constantemente hacia el centro y si se rompe, entonces no hay fuerza hacia adentro que actúe sobre la piedra. En este punto, la piedra vuela a lo largo de una tangente al círculo. Una cosa importante a tener en cuenta aquí es que el término «fuerza centrípeta» nos da una impresión errónea de que es una nueva fuerza de la naturaleza. En realidad no lo es. El adjetivo «centrípeto» en «fuerza centrípeta» simplemente significa que la fuerza en cuestión actúa hacia un cente, por ejemplo, la tensión de la cuerda en una bola de sujeción o la gravedad en un satélite. Una fuerza centrípeta debe ser suministrada por alguna fuerza física real.  

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