Secundaria Duda en concepto: inercia, fuerza centrífuga

[Taglia]

Me surgió una duda al estudiar la fuerza centrífuga y está aplicada cuando un auto dobla. El conductor cuando se va hacia el lado opuesto de la curva es por la ley de inercia o debido a la fuerza centrífuga?

[Jaime Rudas]

Re: Duda en concepto

Me surgió una duda al estudiar la fuerza centrífuga y está aplicada cuando un auto dobla. El conductor cuando se va hacia el lado opuesto de la curva es por la ley de inercia o debido a la fuerza centrífuga?

Creo (pero no estoy seguro) que son lo mismo: para que un auto gire, se debe aplicar a su masa (inercia) una aceleración en dirección al centro de giro.

[Take It Easy]

Re: Duda en concepto

Que el conductor sienta que algo le empuja hacia un lado es una percepción suya. Lo que ocurre es que su cuerpo tiende a conservar su estado instantáneo de movimiento, es decir, tiende a seguir en línea recta (inercia). La fuerza centrífuga es una fuerza "ficticia" pues ningún agente la origina. Es una percepción del conductor por el hecho de que su sistema de referencia está acelerado (sistema no inercial).

[Lorentz]

Re: Duda en concepto

La fuerza centrífuga es una fuerza "ficticia" pues ningún agente la origina.

Permíteme ser un poco tiquismiquis con eso. No me gusta la denominación "ficticia", porque son fuerzas completamente reales, y que vienen ocasionadas por encontrarse el observador en un sistema de referencia no inercial. Sería más adecuado hablar de "fuerzas inerciales".

De manera algo general la relación entre las fuerzas entre dos sistemas de referencia (uno inercial y el otro no), vendría dada por la formula de Coriolis:

$m \vec{a_0}=\sum \vec{F}-m \left( \ddot{\vec{R}}+\vec{\omega} \times \left( \vec{\omega} \times \vec{r} \right) + 2 \hspace{0,1 cm} \vec{\omega} \times \vec{v_0}+\dot{\vec{\omega}} \times \vec{r} \right)$

Donde:

$\vec{a_0}$ es la aceleración de la partícula respecto del SDRNI (Sistema De Referencia No Inercial).

$\sum \vec{F}$ es la suma de todas las fuerzas en el SDRI (Sistema De Referencia Inercial).

$\ddot{\vec{R}}$ es la aceleración de arrastre (aceleración de $O$ con respecto a $O_1$).

El término $\dot{\vec{\omega}} \times \vec{r}$ se denomina azimutal.

Y por último, viniendo a la relación con el tema del hilo las fuerzas centrífuga y de Coriolis:

Fuerza centrífuga: $m (\vec{\omega} \times \left( \vec{\omega} \times \vec{r} \right) )$

Fuerza de Coriolis: $2 m \hspace{0,1 cm} \vec{\omega} \times \vec{v_0}$

Lo que quiero decir con todo esto es que las fuerzas inerciales, y más concretamente (por la cuestión del hilo) la centrífuga tienen un origen claramente definido por la existencia del SDRNI y su relación con el SDRI. Y lo que sienta el conductor del vehículo vendrá determinado por esto mismo.

[FONT=Verdana]El conductor cuando se va hacia el lado opuesto de la curva es por la ley de inercia o debido a la fuerza centrífuga?[/FONT]

Aplicando la fórmula de arriba se puede asumir que al girar en una curva mantenga una velocidad angular constante $\vec{\omega}$, por lo cuál el término azimutal se anularía. Escogiendo adecuadamente los sistemas de referencia el término de arrastre también se anula. Y la fuerza de Coriolis solamente tiene importancia a altas velocidades, con lo que en la práctica en este ejercicio te quedas con únicamente con la fuerza centrífuga. Esta sería la fuerza que el conductor notaría tirando "hacia fuera" de él.

No pretendo que la explicación exceda del nivel requerido en el hilo, si es así disculpadme.

Un saludo.

[skynet]

Re: Duda en concepto

Permíteme ser un poco tiquismiquis con eso. No me gusta la denominación "ficticia", porque son fuerzas completamente reales.....

no estoy de acuerdo......si son reales, ¿qué interacción las provoca?....

.....además si realmente hubiese una fuerza centrífuga, sería igual y opuesta a la fuerza centrípeta ( esta sí que existe y está causada por el rozamiento estático sobre el asfalto) por lo que la resultante de todas las fuerzas aplicadas sobre el vehículo sería iguala cero, y según la primera ley de Newton, el vehículo seguiría en movimiento rectilíneo en lugar de girar.

Taglia, respondiendo a tu pregunta: es por la inercia....en realidad la fuerza centrífuga no existe, como le indico a Lorentz, no la provoca ninguna interacción y si existiera el vehículo no giraría....en realidad las fuerzas de inercia son una herramienta matemática para simplificar los cálculos ya que al introducir estas fuerzas en el diagrama del cuerpo libre, la resultante de todas las fuerzas aplicadas es igual a cero, como sucede en un problema de estática.

[Lorentz]

Re: Duda en concepto

Bueno, primero, no pretendo dar información que no sea precisa, y lo que escribo lo corroboro con libros de Mecánica Clásica. Mantengo lo que dije en el anterior post, pero no pretendo atacar, solamente aclarar que creo que no es cierto lo que has dicho.

no estoy de acuerdo......si son reales, ¿qué interacción las provoca?....

No es la interacción sino el establecimiento de un SDRNI. Y la fórmula que puse arriba es una generalización de la segunda ley de Newton para los SDRNI.

Pero no es el único ejemplo que se me ocurre en que en el hecho de cambiar de sistema de referencia se "generan" fuerzas reales. Pon el ejemplo de la aplicación de la relatividad especial al electromagnetismo. La famosa fuerza de Lorentz $\dst \vec{F}=q \left( \vec{E}+\vec{v} \times \vec{B} \right)$ se puede deducir cambiando de sistema a la fuerza eléctrica $\vec{\tilde{F}}=q \vec{E}$. Y la fuerza magnética es real.

Lo que quiero decir es que el hecho de que no sean de interacción, no es motivo para decir que no existen, no son una mera herramienta matemática, sino que tienen correspondencia con la realidad física.

.....además si realmente hubiese una fuerza centrífuga, se anularía con la fuerza de rozamiento sobre el asfalto (centrípeta) por lo que la resultante de todas las fuerzas aplicadas sobre el vehículo sería iguala cero, y según la primera ley de Newton, seguiría en movimiento rectilíneo en lugar de girar.

La fuerza de rozamiento no es la fuerza centrípeta. Esta última es la suma de las fuerzas descompensadas en el SDRI y se usa para emplear la segunda ley de Newton, en efecto. Pero decir que ambas (rozamiento y centrífuga) serían de igual magnitud y dirección, y sentidos opuestos no me parece que sea correcto, aparte de una sobresimplificación y no estás teniendo en cuenta otro tipo de fuerzas.
Además, la fuerza centrífuga y la centrípeta están vistas desde distintos sistemas de referencia, no las puedes eliminar mutuamente.

Y por lo explicado en mi anterior post, yo mantengo que es por la fuerza centrífuga.

[skynet]

Re: Duda en concepto

Mantengo lo que dije en el anterior post, pero no pretendo atacar....

por supuesto, tampoco es mi intención atacarte....pero, con el debido respeto, discrepo de lo que tú has dicho.

- - - Actualizado - - -

No es la interacción sino el establecimiento de un SDRNI.

el hecho de que no la cause ninguna interacción demuestra por sí mismo que no es "real"

- - - Actualizado - - -

Pero no es el único ejemplo que se me ocurre en que en el hecho de cambiar de sistema de referencia se "generan" fuerzas reales. Pon el ejemplo de la aplicación de la relatividad especial al electromagnetismo..

no es el mismo caso....el cambio de sistema de referencia modifica la fuerza electromagnética, pero no "genera" ninguna fuerza nueva....la fuerza eléctrica y magnética están causas ambas por la interacción electromagnética....en realidad el campo magnetico es la consecuencia de aplicar las transformaciones relativistas al campo eléctrico en movimiento....es decir, la fuerza eléctrica y la magnética, es una sola fuerza, las transformaciones relativistas solo la "transforman".

- - - Actualizado - - -

Lo que quiero decir es que el hecho de que no sean de interacción, no es motivo para decir que no existen...

....yo creo que sí lo es...

- - - Actualizado - - -

Pero decir que ambas (rozamiento y centrífuga) serían de igual magnitud y dirección, y sentidos opuestos no me parece que sea correcto, .

lo que tiene igual magnitud y sentidos opuestos son la fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga....

[Take It Easy]

Re: Duda en concepto

Si admitimos que la fuerza centrífuga es una "fuerza real", me surge una duda: al analizar la evolución del sistema, dependiendo del sistema de referencia que se elige, no se debe tener en cuenta esta fuerza. Entonces, ¿cómo es eso? ¿Se trata de una fuerza real pero que sólo debemos considerar si elegimos determinado sistema de referencia?

Tal vez se trate de un debate más nominalista que físico. Es posible que, ante la necesidad de dar un nombre a estas fuerzas que no están causadas por ningún agente y que no se deben considerar en determinados sistemas de referencia, los físicos decidieron llamarla simplemente "ficticia", sin entrar en el debate quasi
filosófico si es real o ficticia.

[srul348]

Re: Duda en concepto

Me surgió una duda al estudiar la fuerza centrífuga y está aplicada cuando un auto dobla. El conductor cuando se va hacia el lado opuesto de la curva es por la ley de inercia o debido a la fuerza centrífuga?

Muy buenas! Respondiendo a tu pregunta, la ley de inercia estipula que un objeto permanecerá en su estado de movimiento rectilíneo uniforme (o reposo, dependiendo del sistema de referencia inercial desde donde lo mires) a no ser que una fuerza actúe sobre él. Por tanto, para hacer que el coche pase a un movimiento curvilíneo, se necesita aplicar una fuerza central sobre él. No obstante, si lo observas en un sistema de referencia "en reposo", por ejemplo, situado en el centro de la curva, la única fuerza observada será la fuerza centrípeta que hace que el coche describa un movimiento curvilíneo.

Sin embargo, al situarnos en un sistema de referencia en el coche que describe la curva, la fuerza percibida es la fuerza centrífuga, que es un tipo de fuerza inercial. Esa fuerza está presente ahí al ser el sistema de referencia que hemos elegido un sistema de referencia no inercial (tiene aceleración). Esta es la fuerza que, por ejemplo, el conductor del coche sentiría en su cuerpo. Espero haber podido aclararlo un poco.

Un saludo!

no estoy de acuerdo......si son reales, ¿qué interacción las provoca?....

Hola! Creo que ahí te equivocas amigo. Es una confusión muy normal, dado que durante mucho tiempo se ha utilizado el término "fuerzas ficticias" para referirse a las fuerzas inerciales.

Te escribo aquí una parte de la entrada de wikipedia "Fuerza centrífuga" en inglés:

[FONT=sans-serif]"In [/FONT]Newtonian mechanics[FONT=sans-serif], the [/FONT]centrifugal force is an inertial force (also called a "fictitious" or "pseudo" force) directed away from the axis of rotation that appears to act on all objects when viewed in a rotating frame of refece."

Como puedes observar, aquí le damos preferencia al término "fuerza inercial" frente a "fuerza ficticia" (sin embargo en la entrada en español se pone primero fuerza ficticia, discrepo de eso).

El término fuerza ficticia hoy por hoy se deja de usar, debido a que da lugar a confusión. Las fuerzas inerciales no son fuerzas ficticias, del mismo modo que no lo son ninguna fuerza percibida por un observador. Una fuerza es consecuencia de una aceleración percibida en un sistema de referencia, y, no obstante, no hay aceleraciones ni fuerzas ficticias. Todas las fuerzas pueden ser percibidas por observadores.

En concreto, las fuerzas inerciales son transformaciones de fuerzas al pasar de un sistema inercial a otro no inercial (o de dos no inerciales, sin embargo el primer caso es el que nos ocupa actualmente). Como bien ha explicado Lorentz anteriormente, al pasar a un sistema el cuál tiene aceleración (la aceleración que genera la curva), las fuerzas ya existentes sufren una transformación debido a la aceleración de tu sistema, al mismo tiempo de que la aceleración que mueve tu propio sistema con respecto al sistema en reposo es percibida por tí de una forma opuesta.

Podemos decir entonces que todas estas fuerzas, en efecto, tienen un origen, que es tu propio sistema de referencia. Y desde luego no son fuerzas ficticias.

Varios ejemplos de esto son por ejemplo los centrifugadores usados en los astronautas hasta que ellos casi pierden el conocimiento debido a las enormes fuerzas "ficticias" que experimentan. Te aseguro que para ellos esa fuerza tiene poco de ficticia.

O por ejemplo, las formas de las nubes, que surgen principalmente por la fuerza de coriolis. Esas formas que se crean desde luego no son ficticias.

En resumen, el término "ficticio" está actualmente en proceso de ser deshechado precisamente porque lleva a error. Las aceleraciones que experimentan esos observadores no inerciales no son ficticias, y por lo tanto no lo son tampoco las fuerzas, se trata de un nombre desafortunado. Por eso mismo, se considera mejor referirse a ellas con el término "fuerzas inerciales".

Un saludo.

Si admitimos que la fuerza centrífuga es una "fuerza real", me surge una duda: al analizar la evolución del sistema, dependiendo del sistema de referencia que se elige, no se debe tener en cuenta esta fuerza. Entonces, ¿cómo es eso? ¿Se trata de una fuerza real pero que sólo debemos considerar si elegimos determinado sistema de referencia?

Tal vez se trate de un debate más nominalista que físico. Es posible que, ante la necesidad de dar un nombre a estas fuerzas que no están causadas por ningún agente y que no se deben considerar en determinados sistemas de referencia, los físicos decidieron llamarla simplemente "ficticia", sin entrar en el debate quasi
filosófico si es real o ficticia.

Exacto, estas fuerzas inerciales (tambien denominadas ficticias), como he expuesto antes, se analizan según el sistema de referencia que tengas, aunque sí que están causadas por un agente: tú mismo y tu sistema de referencia no inercial, desde el que observas.

Un saludo.

[Lorentz]

Re: Duda en concepto

Viendo que te ha contestado muy bien srul348, solamente querría añadir que la fuerza centrípeta está vista desde el SDRI y la centrífuga desde el SDRNI, por lo que no puedes sumarlas, y por este motivo no se eliminan entre ellas. Por lo demás, la explicación última es muy completa.

Un saludo

[Take It Easy]

Re: Duda en concepto

...aunque sí que están causadas por un agente: tú mismo y tu sistema de referencia no inercial, desde el que observas.

Bueno, el sistema de referncia no lo veo como un agente que cause la fuerza sinó más bien como una circunstancia en la que se ha de considerar dicha fuerza.
Si yo fuera el causante de la fuerza, ésta no tendría efecto sobre mi. Además ¿qué tipo de interacción tiene lugar (entre yo y yo mismo)? Ninguna.

[skynet]

Re: Duda en concepto

Varios ejemplos de esto son por ejemplo los centrifugadores usados en los astronautas hasta que ellos casi pierden el conocimiento debido a las enormes fuerzas "ficticias" que experimentan. Te aseguro que para ellos esa fuerza tiene poco de ficticia.

.

.....precisamente es al revés....los astronautas se marean porque están sometidos a una sola fuerza, la centrípeta, que les causa aceleraciones.....si existiera para ellos además la fuerza centrífuga, la resultante de centrípeta + centrífuga sería cero y no notarían nada....y no se marearían....piénsalo y verás que tengo razón...

......y además eludes la pregunta de, si son reales, ¿qué interacción la provoca?

- - - Actualizado - - -

solamente querría añadir que la fuerza centrípeta está vista desde el SDRI y la centrífuga desde el SDRNI, por lo que no puedes sumarlas, y por este motivo no se eliminan entre ellas.

¿acaso desde el SDRNI no existe la centrípeta?.....¿es que en el SDRNI desaparecen las interacciones electromagnéticas?....¿es eso lo que quieres decir?

- - - Actualizado - - -

El término fuerza ficticia hoy por hoy se deja de usar, debido a que da lugar a confusión. Las fuerzas inerciales no son fuerzas ficticias, del mismo modo que no lo son ninguna fuerza percibida por un observador. Una fuerza es consecuencia de una aceleración percibida en un sistema de referencia, y, no obstante, no hay aceleraciones ni fuerzas ficticias. Todas las fuerzas pueden ser percibidas por observadores.

....¿quieres decir que si yo cojo una nave espacial y acelero alejándome de La Tierra, cuando yo observo a La Tierra alejarse aceleradamente de mi es porque, en realidad, hay una fuerza colosal que está acelerando La Tierra en dirección opuesta y esta enorme fuerza no se debe a ninguna interacción ni gravitatoria, ni electromagnética...y además no es percibida por los habitante de La Tierra, pero esa fuerza es "real"?........¿en serio?

- - - Actualizado - - -

Te escribo aquí una parte de la entrada de wikipedia "Fuerza centrífuga" en inglés:

[FONT=sans-serif]"In [/FONT]Newtonian mechanics[FONT=sans-serif], the [/FONT]centrifugal force is an inertial force (also called a "fictitious" or "pseudo" force) directed away from the axis of rotation that appears to act on all objects when viewed in a rotating frame of refece."

Como puedes observar, aquí le damos preferencia al término "fuerza inercial" frente a "fuerza ficticia" (sin embargo en la entrada en español se pone primero fuerza ficticia, discrepo de eso).

.

pues yo observo todo lo contrario, le doy al link "inertial force" y me aparece esto:

A fictitious force (also called a pseudo force,^[1] d'Alembert force,^[2][3] or inertial force^[4][5]) is an apparent force that acts on all masses whose motion is described using a non-inertial frame of reference, such as a rotating reference frame.

.....y desde luego no veo que en ningún momento digan que las fuerzas de inercia sean reales ni que den ninguna preferencia al termino fuerza inercial frente a fuerza ficticia....al contrario, creo que en el artículo dejan muy claro que las fuerzas de inercia son fuerzas ficticias...


- - - Actualizado - - -

El término fuerza ficticia hoy por hoy se deja de usar.....

¿puedes justificar esa afirmación?, es la primera noticia que tengo...

[ignorante]

Re: Duda en concepto

Hola, me permito inmiscuirme en este interesante asuntillo. Hay dos posibles sistemas de referencia: inercial (SRI) y no inercial (SRNI). Considerando un movimiento circular (en el SRI) se ven cosas distintas en cada uno de estos sistemas:

SRI: Hay fuerza centrípeta, no hay fuerza centrífuga, trayectoria circular.
SRNI: Hay fuerza centrífuga, hay fuerza centrípeta, trayectoria rectilínea a velocidad constante (equilibrio de fuerzas).

(¿Hasta aquí no he cometido errores?)

Ahora, si entiendo bien, la controversia reside en que skynet afirma que el SRI es “el bueno”, en tanto que Lorentz y srul348 dicen que ambos, SRI y SRNI, resultan igualmente válidos.

Yo planteo la siguiente duda: supongamos que en el SRI, en cierto instante, deja de actuar la fuerza centrípeta, ¿qué veríamos en cada uno de los sistemas?

SRI: No hay fuerza centrípeta, no hay fuerza centrífuga, trayectoria rectilínea a velocidad constante (no hay fuerzas).
SRNI: ¿? Aquí reside mi duda. ¿Qué veríamos en el SRNI?

(Intuyo que de la respuesta de esta duda se puede resolver la controversia).

[Take It Easy]

Re: Duda en concepto

Ahora, si entiendo bien, la controversia reside en que skynet afirma que el SRI es “el bueno”, en tanto que Lorentz y srul348 dicen que ambos, SRI y SRNI, resultan igualmente válidos.

La controversia no reside en que se afirme que un sistema es "bueno" o que lo son los dos. Supongo que todos estamos de acuerdo en que cualquiera de los dos sistemas es válido (siempre que se tenga en cuenta la centrífuga en el SDRNI).

El debate es sobre si la fuerza centrífuga es una fuerza real o ficticia.

[skynet]

Re: Duda en concepto

La controversia no reside en que se afirme que un sistema es "bueno" o que lo son los dos. Supongo que todos estamos de acuerdo en que cualquiera de los dos sistemas es válido .

totalmente de acuerdo, los dos sistemas son "buenos".....la cuestion es que para realizar los cálculos en el SDRNI tienes que introducir una fuerza extra que no corresponde a ninguna interacción conocida, por lo que esta fuerza no es real, solo es un intrumento de cálculo.

las fuerzas reales están causadas por interacciones y además son invariantes al cambio de SDR (excepto por las transformaciones ralativistas, que no aplican a este caso).