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Hilo: ¿¿Fuerza centrípeta??

  1. #1
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    Predeterminado ¿¿Fuerza centrípeta??

    Hola, hace poco hice el examen de teórica para coche. Y mientras estudiaba hubo una cosa que me resultó extraña. No sé si es que lo tengo mal entendido o qué:

    Dice que la fuerza que actúa sobre el coche en una curva tiende a hacer que el coche se salga de ésta. Y que cuanto mayor se la velocidad o menor el radio, mayor será la fuerza que hace que el coche tienda a salirse. Pero si:

    F_c=m\cdot\dfrac{v^2}{R}

    lo que a mí me da la sensación que aumenta es la fuerza que hace que el coche vaya hacia dentro de la curva, ¿no?

    A partir de esto me surgieron dos preguntas:

    1. La fuerza centrípeta, va hacia dentro de la curva y es la fuerza "real", entonces, ¿por qué tiende a salirse el coche?

    2. Si eso es verdad, ¿por qué gira el coche?


    Le estuve dando vueltas y no termino de entenderlo, quizás es que no tengo bien entendida la diferencia entre centrípeta y centrífuga.


    Muchas gracias!
    \sqrt\pi

  2. #2
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    hola, me parecieron sumamente interesantes tus preguntas. he aqui las respuestas que intente descifrar :
    Cita Escrito por arreldepi Ver mensaje
    1. La fuerza centrípeta, va hacia dentro de la curva y es la fuerza "real", entonces, ¿por qué tiende a salirse el coche?
    creo que el intento de salida del coche se puede predecir a partir de la primera ley de newton, ya que el auto se mantiene en movimiento hacia una direccion y al girar se lo esta obligando a salir de esta. sin embargo el auto tiende a seguir en esa direccion. por eso es que el auto tiende a salirse de la curva, porque intenta preservar su antiguo movimiento rectilineo.

    2. Si eso es verdad, ¿por qué gira el coche?
    creo que debe ser por lo siguiente: supongamos que un auto se mueve en una trayectoria recta en un principio, gracias a la fuerza de roce, el auto se puede desplazar (fig, 1). si el automovilista quiere girar mueve el volante, lo que produce que las ruedas cambien su eje de rotacion, pero al permanecer (aun) desplazandose en linea recta, parte de la fuerza de roce produce friccion con la rueda (componente (A) del vector) lo que hace frenar el desplazamiento en ese sentido. pero la otra componente de esta fuerza (la(B)), se aplica en sentido perpendicular a el eje de la rueda, lo que produce que esta gire en ese sentido, y que por lo tanto desplace al auto en ese sentido (fig. 2).

    hasta donde conozco, la fuerza centripeta y centrifuga solo son validas desde un sistema de referencia dentro del auto, porque con un sistema de referencia externa a el, se pueden encontrar otros factores (primera ley de newton y friccion) que pueden explicar el fenomeno.

    pd.: las ruedas estan dibujadas como si se vieran desde arriba, como estando en el techo del auto (si el auto fuese transparente). el contacto estaria dado por el suelo, por lo que la fuerza estaria aplicada en los puntos detras del dibujo.

    pd 2: adiciono otras imagenes, esta vez las ruedas se ven desde el piso (como si estuvieran ustedes en el piso), por lo que se puede apreciar el punto de contacto y la influencia de cada componente. espero que asi pueda mejorar la comprension de lo que quiero decir.
    Imágenes adjuntas Imágenes adjuntas     
    Última edición por ser humano; 07/08/2009 a las 23:53:42. Razón: adicion de imagenes

  3. El siguiente usuario da las gracias a ser humano por este mensaje tan útil:

    arreldepi (07/08/2009)

  4. #3
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por ser humano Ver mensaje
    hola, me parecieron sumamente interesantes tus preguntas. he aqui las respuestas que intente descifrar :

    creo que el intento de salida del coche se puede predecir a partir de la primera ley de newton, ya que el auto se mantiene en movimiento hacia una direccion y al girar se lo esta obligando a salir de esta. sin embargo el auto tiende a seguir en esa direccion. por eso es que el auto tiende a salirse de la curva, porque intenta preservar su antiguo movimiento rectilineo.

    creo que debe ser por lo siguiente: supongamos que un auto se mueve en una trayectoria recta en un principio, gracias a la fuerza de roce, el auto se puede desplazar (fig, 1). si el automovilista quiere girar mueve el volante, lo que produce que las ruedas cambien su eje de rotacion, pero al permanecer (aun) desplazandose en linea recta, parte de la fuerza de roce produce friccion con la rueda (componente (A) del vector) lo que hace frenar el desplazamiento en ese sentido. pero la otra componente de esta fuerza (la(B)), se aplica en sentido perpendicular a el eje de la rueda, lo que produce que esta gire en ese sentido, y que por lo tanto desplace al auto en ese sentido (fig. 2).

    hasta donde conozco, la fuerza centripeta y centrifuga solo son validas desde un sistema de referencia dentro del auto, porque con un sistema de referencia externa a el, se pueden encontrar otros factores (primera ley de newton y friccion) que pueden explicar el fenomeno.

    pd.: las ruedas estan dibujadas como si se vieran desde arriba, como estando en el techo del auto (si el auto fuese transparente). el contacto estaria dado por el suelo, por lo que la fuerza estaria aplicada en los puntos detras del dibujo.

    pd 2: adiciono otras imagenes, esta vez las ruedas se ven desde el piso (como si estuvieran ustedes en el piso), por lo que se puede apreciar el punto de contacto y la influencia de cada componente. espero que asi pueda mejorar la comprension de lo que quiero decir.

    Muchísimas gracias. Tanto la explicación como las imágenes me han sido de gran ayuda, es que era una espinilla que se me quedó clavada y quería sacarla.

    Gracias!
    \sqrt\pi

  5. #4
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    sin meterme en eso de la fuerza centrífuga, que no me acuerdo nada de las fuerzas ficticias (lo dejo pa los expertos), quizá aporte algo decir que a mi parecer hay como un poco de confusión con el planteo.
    Cuando el coche toma la cuerva no hay ninguna fuerza actuando hacia afuera (desde un sist de referencia inercial debiera decir no?), sino una fuerza hacia el centro de giro de modulo m*(v^2)/R como decis, y esta fuerza, en principio por lo que se estudia se debe al roce entre los neumáticos y el asfalto.
    Ahora bien mientras mayor sea la velocidad al tomar un pedazo de curva de radio R, mayor será esta fuerza centripeta. O bien para determinada velocidad, mientras menor sea el radio mayor será tambien la Fc.
    Es decir que en estas circunstancias para realizar el giro se requiere una Fc cada vez mayor, y la fuerza de roce requerida será mayor. Si los neumáticos no están preparados para generar el roce necesario para el giro, entonces el auto patinará.
    Quiero decir, que la Fc aumenta en los casos que mencionas, lo cual no quiere decir que el auto va a girar con más facilidad, sino al contrario.
    Creo que hice un lio y no sé si se entiende, disculpas si no.

    Por otro lado, y esto que los que saben más lo corrijan, se podría decir que desde el sistema auto, no inercial, el estar en equilibrio requiere la presencia de una fuerza ficticia, la centrífuga, que crecerá cada vez que crezca la centrípeta. Con lo cual se explicaría la pregunta. Pero bueno esto ya no lo sé bien, se me acaba de ocurrir y quizá esté diciendo una pavada.

    En fin, no contesté nada, pero quizá sirve de algo.
    Nos vemos

  6. El siguiente usuario da las gracias a lucass por este mensaje tan útil:

    arreldepi (08/08/2009)

  7. #5
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    bueno ya veo que contestó ser humano, cuando empecé a escribir todavía no estaba

  8. #6
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Los manuales del carnet utilizan los conceptos de Física bastante mal, así que no lo utilices para aprender nada

    La cosa es más o menos como dice ser humano. Según las leyes de Newton, para que algo gire debe haber una fuerza, que llamamos centrípeta, que apunte hacia el centro de la trayectoria circular. El nombre "centrípeta" es genérico, pero siempre que hay algo girando debe haber una entidad que ejerza dicha fuerza. Sino, no se gira.

    Por ejemplo, en el caso de las órbitas de satélites, es la gravedad quien hace las veces de fuerza centrípeta. En el caso de los coches, es la fuerza de contacto (rozamiento) entre el suelo la responsable de la fuerza centrípeta (y no sólo de ésa, también de las fuerzas de aceleración y frenado... la rueda es un invento apasionante).

    Cuando estamos dentro del coche y este empieza a girar, algo debe proporcionarnos a nosotros la fuerza centrípeta para que giremos al mismo ritmo que el coche. Si esa fuerza no existe, nosotros seguiremos recto. Normalmente vamos sentados, por lo que es la fuerza de rozamiento entre nuestras reales posaderas y los asientos la que proporciona la fuerza lateral que hace que nuestro cuerpo siga la misma trayectoria circular que el coche. Pero esta fuerza se aplica sobre nuestro culo, no sobre nuestra cabeza. Los huesos son los encargados de transmitir dicha fuerza a la cabeza. Si el giro es muy rápido, a nuestro esqueleto le cuesta transmitir esa fuerza rápidamente, por lo que nuestra cabeza tiende a seguir con la misma dirección que tenía antes de girar, y como el coche sí está girando, se viene hacia nosotros.

    Ahora bien, como nosotros somos un poco especiales, tendemos a verlo todo desde nuestro punto de vista, pensamos que somos nosotros los que somos los que nos estampamos hacia fuera de la curva, cuando en realidad es al revés.

    Esto, nos gusta pensarlo como si hubiera cierta fuerza (centrífuga) que nos empuja hacia fuera. Pero en realidad, es justo lo contrario, no actúa una fuerza sobre nosotros, sino que precisamente hay una fuerza que actúa sobre todo lo demás.

    Físicamente, esto ocurre por que estamos en un sistema de referencia acelerado. Si en el sistema de referencia sin aceleración la ley de Newton es

    F = m a\ ,

    cuando estamos en un sistema de referencia que ya tiene esa aceleración a, se reescribe de esta forma,

    F - m a = 0 \ .

    Es decir, todo ocurre como si hubiera una fuerza ficticia de valor f = - m a.

    En resumen, la fuerza que realmente existe es la fuerza centrípeta. Si no actúa ninguna fuerza, las cosas siguen en línea recta. Si miramos desde dentro, en cambio, si sobre algo no se aplica ninguna fuerza, parece que "salga hacia afuera", y eso lo llamamos fuerza centrífuga (aunque en realidad, es más bien falta de fuerza centrípeta).

    Ocurre lo mismo con otros tipos de fuerza ficticias, como la de Coriolis (responsable de la mayoría de remolinos). Ya lo estudiarás en primero de carrera con todo detalle.

    Sobre como gira el coche (y algunas cosas más), puedes por ejemplo leerte una serie de cuatro artículos que publiqué en el blog Circula seguro (si te sacas el carnet, supongo que los otros posts del blog también te interesarán): El invento de la rueda (1, 2, 3 y 4).
    "No he fracasado, sólo he encontrado 10000 formas que no funcionan",Thomas Edison
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  9. El siguiente usuario da las gracias a pod por este mensaje tan útil:

    arreldepi (08/08/2009)

  10. #7
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por arreldepi Ver mensaje
    Hola, hace poco hice el examen de teórica para coche. Y mientras estudiaba hubo una cosa que me resultó extraña. No sé si es que lo tengo mal entendido o qué:

    Dice que la fuerza que actúa sobre el coche en una curva tiende a hacer que el coche se salga de ésta. Y que cuanto mayor se la velocidad o menor el radio, mayor será la fuerza que hace que el coche tienda a salirse. Pero si:

    F_c=m\cdot\dfrac{v^2}{R}

    lo que a mí me da la sensación que aumenta es la fuerza que hace que el coche vaya hacia dentro de la curva, ¿no?

    A partir de esto me surgieron dos preguntas:

    1. La fuerza centrípeta, va hacia dentro de la curva y es la fuerza "real", entonces, ¿por qué tiende a salirse el coche?

    2. Si eso es verdad, ¿por qué gira el coche?


    Le estuve dando vueltas y no termino de entenderlo, quizás es que no tengo bien entendida la diferencia entre centrípeta y centrífuga.


    Muchas gracias!
    Bueno hoy por la madrugada estuve pensando en estas cuestiones y recorde un poco de teoria,

    Cuando un coche describe una curva en una carretera horizontal la fuerza que produce la aceleración centrípeta es la fuerza de rozamiento de los neumáticos con la carretera asi que:

    Fc = Fr

    m . v^2/R = nu . m . g

    v = (nu . g . R)^1/2

    Esto en el caso de que no haya un ángulo con la horizontal. Por tanto la velocidad depende del coeficiente de rozamiento y del radio.

    Si tenemos un ángulo con la horizontal entonces la normal y el peso ya influyen asi que:

    m . v^2/R = N . senA

    N . cosA = m . g
     
tgA = v^2/g . R
     
v = ( R . g . tgA )^1/2

    Estos cálculos no tienen en cuenta la fuerza de rozamiento y las igualdades surgen fácilmente dibujando las fuerzas.

    Si aumentamos la velocidad el vehiculo se desplazará hacia el exterior ( como dice tu manual de conducción ) y si disminuye lo hará hacia el interior, si se mantiene constante y se iguala la suma de N y P con la Fc pues no cambiará de posición.

    saludos
    Última edición por Ulises7; 08/08/2009 a las 19:52:42.
    Lo que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es el océano.
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  11. #8
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por Ulises7 Ver mensaje
    Bueno hoy por la madrugada estuve pensando en estas cuestiones y recorde un poco de teoria,

    Cuando un coche describe una curva en una carretera horizontal la fuerza que produce la aceleración centrípeta es la fuerza de rozamiento de los neumáticos con la carretera asi que:

    Fc = Fr

    m . v^2/R = nu . m . g

    v = (nu . g . R)^1/2

    Esto en el caso de que no haya un ángulo con la horizontal. Por tanto la velocidad depende del coeficiente de rozamiento y del radio.

    Si tenemos un ángulo con la horizontal entonces la normal y el peso ya influyen asi que:

    m . v^2/R = N . senA

    N . cosA = m . g
     
tgA = v^2/g . R
     
v = ( R . g . tgA )^1/2

    Estos cálculos no tienen en cuenta la fuerza de rozamiento y las igualdades surgen fácilmente dibujando las fuerzas.

    Si aumentamos la velocidad el vehiculo se desplazará hacia el exterior ( como dice tu manual de conducción ) y si disminuye lo hará hacia el interior, si se mantiene constante y se iguala la suma de N y P con la Fc pues no cambiará de posición.

    saludos
    Mi ex-manual de conducción dice: el vehículo está sometido a una fuerza que tiende a impulsarlo hacia fuera de la curva. Esta fuerza se conoce como fuerza centrífuga. xD
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  12. #9
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por arreldepi Ver mensaje
    Mi ex-manual de conducción dice: el vehículo está sometido a una fuerza que tiende a impulsarlo hacia fuera de la curva. Esta fuerza se conoce como fuerza centrífuga. xD
    Bueno, qué esperas, ¿que les pongan a chavales de 18 años todo el tostón de razonamientos y cálculos que hemos hecho en este hilo? Va a ser que no. El manual de la autoescuela sirve para aprender que es un stop, no para aprender Física (eso sí, podrían procurar no meter la gamba de esa forma ).
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  13. #10
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por pod Ver mensaje
    Bueno, qué esperas, ¿que les pongan a chavales de 18 años todo el tostón de razonamientos y cálculos que hemos hecho en este hilo? Va a ser que no. El manual de la autoescuela sirve para aprender que es un stop, no para aprender Física (eso sí, podrían procurar no meter la gamba de esa forma ).
    es muy dificil saber qué es un stop
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  14. #11
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por Ulises7 Ver mensaje
    es muy dificil saber qué es un stop
    Eh, menos con el Stop. Qué dirías que es: una señal de:
    a) peligro.
    b) prioridad.
    c) obligación.

    Perdón por el off topic.
    \sqrt\pi

  15. #12
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por arreldepi Ver mensaje
    Eh, menos con el Stop. Qué dirías que es: una señal de:
    a) peligro.
    b) prioridad.
    c) obligación.

    Perdón por el off topic.

    mmm, ¿tengo que responder?
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  16. #13
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por Ulises7 Ver mensaje
    mmm, ¿tengo que responder?
    if U want...
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  17. #14
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    Predeterminado Re: ¿¿Fuerza centrípeta??

    Cita Escrito por arreldepi Ver mensaje
    if U want...
    i would say that the correct answer is b)
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