Divulgación Fuerza centrifuga.

[edu_lp]

Buenas a tod@s.

Me estoy poniendo al día en Física con algunos libros y esta página. Empecé por Cinemática y Dinámica, y resurgió una duda que ya tuve cuando estudiaba. Se trata de la fuerza centrifuga y las fuerzas de inercia o ficticias. Se que algún punto de mi razonamiento debe ser erróneo, agradecería que alguien pudiera aclararme cual. Vamos por partes:

- De las definiciones de sistema de referencia inercial que he leído (en el que se dan ciertas condiciones, interacción gravitatoria con otros cuerpos nula o despreciable, no rotación, o aquel en el que se cumple la 1ª ley de Newton, o la que "mas me gusta", la que está en reposo o MRU respecto a otro sistema inercial) me quedare, a efectos prácticos, con la de un sistema no acelerado respecto a la Tierra, donde ocurre la experiencia (despreciando la rotación). La primera duda es que no se si voy bien quedándome con esa definición.

- En cuanto a las fuerzas ficticias o de inercia, entiendo que se denominan asi por no ser debidas a una interacción con otro objeto, sino por la inercia del objeto en un sistema acelerado (no inercial). En el ejemplo de la lámpara de techo en un tren, en principio con MRU, cuando frena lo veo claro. La cuestión me "chirria" mas con la fuerza centrifuga.

Parto de que en el movimiento circular la dirección del vector velocidad del móvil, considerado puntual, es tangente a la trayectoria y con sentido el del movimiento. Y si por ejemplo en el caso de una bola atada a un hilo que hacemos girar en un plano horizontal, se rompiera el hilo cuando el móvil esta en un determinado punto de la trayectoria, "aparcando" por un momento (solicito clemencia) la fuerza de la gravedad o posible resistencia con el aire, entiendo que la bola escaparía con dirección tangencial a ese punto.

Pero esta idea choca con la experiencia de la fuerza centrifuga que nos empuja por ejemplo en un coche contra el lateral si tomamos una curva pronunciada, dirección radial y sentido hacia el exterior. ¿Me equivoco al considerar la inercia del objeto en dirección tangencial? ¿O en que otro punto?

Espero que no sea una pregunta "chorra" y estoy abierto a cualquier idea. Gracias y un saludo a tod@s.

[arreldepi]

Re: Fuerza centrifuga.

Hola, la definición de sistema de referencia inercial es aquel sistema en el que se satisface la primera ley de Newton (o las Leyes de Newton). Es decir, si yo dejo un cuerpo no sometido a ninguna fuerza en dicho sistema de referencia, este se quedará en reposo o se moverá a velocidad constante, si así lo he dejado, para siempre. Dichos sistemas son una idealización, pero según el experimento que se haga, es aceptable considerar que existen (yo no veo que los bolígrafos de la mesa en la que estoy se muevan, ni tampoco mi habitación a no ser que mire por la ventana). Pero si quiero hacer según qué experimento en mi habitación, quizás me dé cuenta de cosas que no deberían estar pasando si yo estuviese en un sistema de referencia inercial, un ejemplo clásico: el péndulo de Focault.

El problema de las fuerzas ficticias llega cuando yo quiero hacer un análisis de lo que sucede en un sistema de referencia no inercial estando yo en ese sistema. Vamos a ver el ejemplo de la lámpara en el tren y luego el del coche: Si yo estoy fuera del tren y veo que el tren frena, veré que la lámpara se mueve hacia adelante. Cuando estaba en reposo la única tensión que había era la tensión debida al peso, mientras que ahora ha aparecido una tensión en la dirección horizontal (si haces el dibujo, verás que apunta hacia la parte de atrás del tren). Para mí, que estoy fuera del tren, es fácil: sé que esa tensión en el eje de movimiento del tren es exactamente la masa del péndulo por la aceleración (de frenado) del tren.
Ahora bien, si yo estoy en el tren y no tengo ninguna ventana, yo lo que pienso es que estoy en reposo y la lámpara, al igual que yo también lo está. Entonces, ¿cómo es posible que, si ambos estamos en reposo, la lámpara se incline hacia adelante (además, yo sentiría alguna cosa sobre mi espalda o mis piernas), es decir, forme un ángulo diferente de cero con la vertical? A mí, lo que me parecería es que sobre el péndulo actúa una fuerza que lo empuja hacia adelante (al contrario de lo que pensaba yo cuando estaba fuera, que la fuerza que veía, la tensión, apuntaba hacia la parte de atrás del tren). Entonces, para que cuadren las leyes de Newton, me invento una fuerza (fictícea) que tiene el mismo módulo y dirección que la fuerza que yo veía como normal en el sistema de referencia inercial, pero con sentido contrario.
Yo lo que pensaré dentro del tren, es que el péndulo (o yo) se está yendo hacia la pared del conductor del tren. Un observador externo al tren, lo que verá es que, mientras el tren está frenando, la lámpara tiende a seguir con la velocidad que llevaba antes (el frenazo tiene que transmitirse desde el punto en que la cuerda se une al techo hasta el punto en que se une a la lámpara) mientras que el tren se está moviendo más despacio. Ven lo mismo, pero el análisis que hacen dentro o fuera es diferente.

En el caso del coche que gira, lo que ve alguien des de fuera es que el coche se va hacia dentro de la curva mientras que el pasajero trata de seguir (hasta que toda la fuerza centrípeta le afecte "entero") tangencial a ella, así que el coche se va hacia dentro, pero el pasajero no lo hace a la vez que él. ¿Qué es lo que parece des de dentro? Lo que parece des de dentro no es que el coche se vaya hacia dentro, si no que yo me voy hacia la pared y que, por lo tanto, existe una fuerza que nos empuja hacia fuera, pero esa fuerza no existe, la tenemos que introducir nosotros para explicar unos hechos des de un sistema de referencia acelerado.

Saludos!

[edu_lp]

Re: Fuerza centrifuga.

Gracias por contestar arredelpi. ¿Estaria bien expresado decir que la fuerza centrifuga es una fuerza ficticia resultado de la inercia del movil a seguir la direccion tangencial a la trayectoria, en un movimiento circular?

[Julián]

Re: Fuerza centrifuga.

Estaría mejor expresado tal cual como lo dice wikipedia: La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se describe el movimiento de un cuerpo en un sistema de referencia en rotación, o equivalentemente la fuerza aparente que percibe un observador no inercial que se encuentra en un sistema de referencia giratorio.

Porque para un observador que se encuentra en un sistema inercial no vería la fuerza centrífuga

[edu_lp]

Re: Fuerza centrifuga.

Gracias julian403. Digamos que la definición y contextualizacion de la fuerza centrifuga la tenia mas o menos clara, lo que no me cuadraba es digamos, como fuerza de inercia, cual era esa inercia de los ejemplos del pasajero en el coche o de la bola girando.

Pero me va quedando mas claro:

En el caso del coche que gira, lo que ve alguien des de fuera es que el coche se va hacia dentro de la curva mientras que el pasajero trata de seguir (hasta que toda la fuerza centrípeta le afecte "entero") tangencial a ella

[guibix]

Re: Fuerza centrifuga.

Simplemente piensa que cualquier fuerza neta con aceleración sobre un objeto tiene una dirección, pero desde el sistema de referencia acelerado del objeto se "siente" esa misma fuerza en sentido opuesto al que se le está aplicando. Si aceleras hacia adelante con el coche, sientes una fuerza ficticia hacia atrás, cuando frenas, hacia adelante y si hay una fuerza normal de giro hacia el interior de la curva (centrípeta) se siente esa fuerza hacia el exterior (centrífuga).

[edu_lp]

Re: Fuerza centrifuga.

Os agradezco mucho la explicacion con los ejemplos. Ya tengo claro el concepto. Seguire poniendome al dia.