¿Cuál es la diferencia entre la fuerza centrípeta, centrífuga e inercial?

Hay muchas buenas respuestas, así que no repetiré lo que otros han dicho bien.

Algunas respuestas dan la impresión de que es aceptable describir cosas desde un marco de referencia giratorio (o no inercial). Solo me gustaría señalar que t es en un sentido muy limitado, así que resuelva problemas específicos. Como descripción general del movimiento, siempre involucra absurdos / contradicciones. Si limita su alcance, estos no le molestan, ¡pero están allí!

Como ejemplo, usaré la situación de carrusel mencionada en la respuesta. Estás en un recinto ferial. Hay varios paseos rotativos con personas en ellos. Algunos de estos paseos giran en direcciones opuestas y en diferentes planos. Las personas en estos paseos pueden medir desde sus marcos giratorios y pueden ‘sentir’ las fuerzas centrífugas. Si ese es el límite de su alcance, está bien. Si en el paseo observa que todos los otros paseos en el recinto ferial, árboles, edificios distantes giran a su alrededor, entonces esto puede no ser tan bueno. Después del viaje, hablas con alguien que había estado en un viaje diferente al mismo tiempo. Insisten en que todo giraba sobre ellos en el sentido de las agujas del reloj mientras crees que las cosas giraban sobre ti y en la dirección opuesta (porque tus viajes giraban en direcciones opuestas). Aquí queda bastante claro que el punto de vista desde un marco giratorio no es válido, ya que contradice directamente las observaciones equivalentes que tienen un reclamo equivalente de validez.

Las fuerzas de inercia centrífugas son un truco matemático que son efectivas en un sentido muy restringido pero no piensan ni por un instante que sean verdaderamente válidas.

¡El universo no puede girar simultáneamente en direcciones opuestas alrededor de dos personas diferentes!

Relacione las coordenadas de un marco no inercial que gira a una velocidad angular [math] \ Omega [/ math] con las de un marco inercial, y encontrará un término adicional de [math] r \ Omega ^ 2 \ mathbf { \ hat {r}} [/ math] en la expresión para la aceleración en el marco no inercial. Esto es lo que se conoce como aceleración centrífuga (para más detalles, vea mi respuesta a ¿Cuáles son algunas fuerzas ficticias aparte de la fuerza centrífuga?). Como resultado, un observador en el marco no inercial efectivamente percibe una fuerza que apunta hacia afuera (hacia afuera ya que el término apunta en la dirección positiva [math] \ mathbf {\ hat {r}} [/ math]) con magnitud [math ] Sr. \ Omega ^ 2 [/ matemáticas].

Mientras tanto, la fuerza neta que causa la rotación del marco no inercial se muestra en el marco inercial como resultado de una aceleración centrípeta dada por [math] -r \ Omega ^ 2 \ mathbf {\ hat {r}} [/ math] , que corresponde a una fuerza neta que apunta hacia adentro (hacia adentro ya que el término apunta en la dirección negativa [math] \ mathbf {\ hat {r}} [/ math]) con la misma magnitud [math] mr \ Omega ^ 2 [ / matemáticas] como la fuerza centrífuga en el marco no inercial.

Tanto las fuerzas centrípetas como las centrífugas son formas igualmente válidas de ver el mismo fenómeno en la medida en que los marcos no inerciales son matemáticamente equivalentes a los inerciales. Es simplemente una cuestión de si desea interpretar la interacción física detrás del movimiento de un cuerpo como causante de la aceleración del propio cuerpo (en un marco inercial) o como la causa del movimiento de todo el marco. En un marco inercial, la fuerza centrípeta siempre surge de las fuerzas físicas. En un marco giratorio, la fuerza centrífuga nunca es “causada” por ninguna interacción física; en cambio, las fuerzas físicas son las que conducen a la rotación del marco en sí.

Imagine una moneda colocada en la superficie rugosa de una mesa giratoria que gira con velocidad angular, por ejemplo, w. La moneda tiene la tendencia de volar fuera de la mesa en dirección tangencial. Pero la fuerza de fricción (u mg) por la superficie de la mesa sobre la moneda a lo largo de la dirección radial hacia adentro evita que la moneda se salga de la mesa. Esta fuerza de fricción EN LA MONEDA hacia el centro de la mesa giratoria se llama fuerza centrípeta sobre la moneda. Ahora, de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newton, la moneda aplica la misma fuerza sobre la superficie de la mesa en dirección radial hacia afuera. Esta es la fuerza centrífuga sobre la superficie de la mesa.

Las fuerzas centrípetas y centrífugas actúan sobre diferentes cuerpos y no sobre el mismo cuerpo.

Aquí, la segunda ley de movimiento de Newton para la moneda es:

mw ^ 2 r = u mg. Aquí, m es la masa de la moneda, r es la distancia de la moneda desde el centro de la mesa. u es el coeficiente de fricción entre la superficie de la mesa y la moneda.

La fuerza centrífuga es una fuerza de inercia. La segunda ley de Newton expresa la relación entre dos fuerzas, la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo y la fuerza de inercia. La fuerza de inercia se puede usar para ajustar los sistemas porque está compuesta de masa y aceleración. Cuando la aceleración se debe a un cambio de dirección, tenemos la fuerza de inercia que se opone a ese cambio. En movimiento circular, esto es fuerza centrífuga.

El ejemplo simple es la roca en una cuerda donde la roca se mantiene hacia afuera por la fuerza centrífuga, mientras que la tensión en la cuerda proporciona la fuerza centrípeta.

Ha habido una disputa sobre la fuerza centrífuga por parte de quienes piensan que la física debería ser un sistema basado en reglas enseñado sin significado físico, por lo que consideran la segunda ley de Newton como una definición de fuerza. Esta interpretación incorrecta los deja en un mundo sin salida donde las fuerzas pueden existir sin oposición y se ven obligados a llamar a la fuerza centrífuga centrípeta. Esto es triste porque una vez que reconoce la realidad de las fuerzas de inercia, puede comprender cómo funcionan realmente los sistemas dinámicos complejos. Entonces no tendrá que invocar frases como la conservación del momento angular sin una idea física de lo que es.

Considérate sentado en un carrusel giratorio o carrusel con una piruleta en la mano.

El caballo / unicornio / dragón de plástico en el que estás sentado ejerce una fuerza sobre ti que te mantiene viajando en círculo, en lugar de volar fuera del carrusel en una tangente. Esa fuerza (real, medible) te empuja hacia el centro del carrusel y se llama fuerza centrípeta .

Si su agarre se desliza sobre su paleta, sale volando de la mano en la tangente, pero debido a que todavía se está moviendo, parece que la paleta se ha sacado de su mano directamente desde el centro del carrusel. Esa apariencia es lo que se llama la fuerza centrífuga , y es lo que ves si mides desde el marco de referencia giratorio (tu caballo de plástico). Desde los marcos de referencia no acelerados, solo se ve que la fuerza centrípeta deja de aplicarse, y la piruleta continúa en línea recta.

La fuerza centrífuga se llama ‘fuerza ficticia’, ‘pseudo fuerza’ o ‘ fuerza de inercia ‘. Las fuerzas de inercia son el conjunto general de fuerzas aparentes si se mide desde un marco de referencia no inercial, y la fuerza centrífuga es un tipo específico. La fuerza de Coriolis es otro ejemplo.

Son de descripciones alternativas de la misma situación.

Si sigue los consejos de su profesor de física, analizará los problemas relacionados con las órbitas y el movimiento de rotación en un sistema de coordenadas no giratorio porque, a la larga, simplifica las cosas. En dicho sistema de coordenadas, los objetos sin fuerza sobre ellos viajan en línea recta a velocidad constante de acuerdo con la Primera Ley de Newton. Para hacerlos ir en círculos, debe aplicar una fuerza centrípeta, es decir, una fuerza dirigida hacia un punto central constante, por ejemplo, desde una cuerda atada a un punto de pivote. Esto crea una aceleración centrípeta dirigida hacia el mismo punto central de acuerdo con la Segunda Ley de Newton y, por lo tanto, el movimiento circular.

Instintivamente, sin embargo, probablemente desee tomar el punto de vista del objeto giratorio y analizar las cosas en un sistema de coordenadas giratorio. En ese sistema, el objeto es lo único en el universo que no está girando. Todavía tiene la fuerza original “centrípeta” sobre él (la tensión en la cuerda), excepto que ahora no es una fuerza centrípeta, es solo una vieja fuerza aburrida con una dirección constante. Sin embargo, el objeto no se mueve. Entonces, para salvar la Primera Ley de Newton, introducimos una fuerza “centrífuga” ficticia que saca el objeto y equilibra la tensión en la cuerda.

La fuerza centrípeta es “una fuerza que atrae o impulsa a un cuerpo hacia algún punto como centro, y por lo tanto actúa como un contrapeso a la tendencia centrífuga en movimiento circular; para esto el nombre de tendencia centrípeta es sustituido por algunos”. (De la OED)

La fuerza centrífuga es “la fuerza con la que un cuerpo que se mueve alrededor de un centro tiende a volar desde ese centro; la tendencia que tiene un cuerpo giratorio a hacer esto” (DEO)

Una fuerza centrífuga se aleja (desde el centro) o empuja hacia afuera, una fuerza centrípeta atrae o empuja hacia adentro.

La fuerza centrífuga es “la fuerza aparente que parece hacer que un cuerpo que gira alrededor de un centro se aleje del centro. La fuerza centrífuga no es una fuerza verdadera, sino que en realidad es un ejemplo de inercia”.
Fuente: fuerza centrífuga

En física general, la fuerza de inercia es “una fuerza imaginaria que postula un observador acelerado para que pueda usar las ecuaciones apropiadas para un observador de inercia”.
La fuerza de inercia es “una fuerza aparente, proporcional a la masa de un cuerpo, que parece afectar al cuerpo dentro de un marco no inercial pero está ausente desde el punto de vista de un marco inercial. Las fuerzas centrífugas y las fuerzas de Coriolis son fuerzas de inercia”.
Fuente: fuerza de inercia

Para obtener más detalles, consulte los artículos de Wikipedia sobre la fuerza centrípeta, la fuerza centrífuga y la fuerza ficticia.

La fuerza centrípeta es la fuerza que empuja un objeto giratorio hacia el centro de rotación, del que constantemente trata de alejarse.

El objeto giratorio (por ejemplo, un corcho en un trozo de cuerda que se balancea) ejerce su propia fuerza sobre lo que sea que esté girando. Por ejemplo, el corcho tira del trozo de cuerda (ya que cada fuerza tiene una fuerza de reacción opuesta). O un objeto en una centrífuga presiona en el interior del cilindro giratorio en el que está atrapado. Esta es la fuerza centrífuga.

A menudo, los problemas en física básica se analizan simplemente usando la fuerza centrípeta. La fuerza centrífuga es solo una reacción a ella, después de todo.

Entonces, la fuerza centrípeta es lo que se necesita para evitar que la cosa salga volando. La fuerza centrífuga es la reacción que ejerce el objeto giratorio sobre la cosa que lo empuja hacia el centro de rotación.

¿Cuál es la diferencia práctica entre la fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta?

El marco de referencia que utiliza para sus cálculos.

Si su marco de referencia no es inercial (velocidad no fija), debe usar pseudo-fuerzas. ‘Fuerza centrífuga’ es la descripción coloquial para esto (cuando el objeto simplemente cambia de dirección, pero no de velocidad, a una velocidad constante con un marco inercial).

Si su marco de referencia es inercial (velocidad fija), no tiene que usar nada más.

La confusión general surge de que las personas mezclan marcos de referencia y no identifican explícitamente las coordenadas con respecto al marco. También hay un problema con las personas que usan atajos para evitar el uso del cálculo vectorial. No hay una salsa vudú especial para esto: todo el debate sobre ‘existe’ / ‘es real’ es simplemente una mierda que debe ignorarse.

Estas fuerzas pueden calcularse naturalmente siguiendo las reglas para describir los sistemas clásicos y las leyes de Newton. Y siempre que comprenda las reglas para calcular la tasa de cambio de las cantidades de vectores, estará bien (debe diferenciar un vector usando la regla de la cadena).

Ver también: fuerzas de Coriolis, fuerzas de Euler. Estas fuerzas se producen cuando un objeto cambia una o ambas direcciones y velocidad a velocidades no uniformes.

Tienen la misma magnitud para un sistema mecánico particular. Es de destacar que la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia y no existe fuera de los marcos de referencia no inerciales, mientras que la fuerza centrípeta sí.

Bien, antes de obtener una respuesta, debemos saber qué es un marco inercial y qué es un marco no inercial. Como sabemos, un marco inercial es un marco en el que las leyes de Newton son válidas. Ahora este marco está en reposo o en movimiento constante. Porque en estos cuadros la aceleración es igual. Ahora, en marcos no inerciales, las leyes de Newton no son válidas. Para resolver problemas en estos marcos, necesitamos modificarlo. Estos no inerciales se están acelerando. Entonces, necesitamos agregar algún término de fuerza aquí. ¡Este término se llama pseudo fuerza porque existe solo en un marco no inercial! Ahora considere un movimiento circular del objeto visto por una partícula en reposo, digamos tierra (dado que nuestra tierra está en movimiento circular, no es inercial. Sin embargo, la rotación es demasiado pequeña para que podamos descuidar la aceleración causada por Esta rotación).

Ahora, en el marco de descanso , ve que el cuerpo está en movimiento circular que gira alrededor de un centro. Si fuera a realizar este movimiento, necesitaría algo de fuerza que lo empujara hacia el centro. Esta fuerza es la fuerza centrípeta. En este marco, vemos que el cuerpo se jala constantemente hacia adentro para que el cuerpo permanezca en movimiento circular.

Ahora, considere un movimiento de aceleración . Digamos, el mismo marco en el que el cuerpo gira. Diga el mismo objeto que está girando. En el marco de este objeto, vemos que este objeto se ve a sí mismo en reposo y todos los demás acelerando. Ahora, si tiene que moverse en movimiento circular, debe tener en cuenta la fuerza centrífuga que lo empuja hacia afuera y equilibra la fuerza desde el centro. Debido a esto, el objeto está en reposo en este marco. Esta es la fuerza centrífuga.

Una fuerza inercial es la fuerza debida a inserciones de objetos o que ocurre en el marco inercial del cuerpo.

Equilibrio de la fuerza

Como todos ya dijeron, es por la rotación . La masa trata de escapar, la fuerza que ejerce para escapar es centrífuga, mientras que la fuerza que la detiene es la fuerza centrípeta . Uno no puede existir sin otro.

Por qué ? La fuerza centrífuga es acción y la fuerza centrípeta es reacción. De acuerdo con la ley de Newton. Cada acción tiene una reacción igual y opuesta, lo que significa que ambas fuerzas serán iguales en magnitud pero opuestas en dirección.

En primer lugar, definir “práctico”. Todo depende de quién sostiene la cuerda y quién o qué hay en el cubo. O tal vez sobre quién ha establecido el examen. Si permanecer seco importa, entonces la centrífuga hace el trabajo bien, incluso para una pseudo fuerza.

Agregado un poco más tarde: Sí , ¡la pregunta ha cambiado! Ya hay muchas respuestas geniales.

Similitudes

1. Ambos son iguales en magnitud
2. Ambos actúan en dirección radial
3. Ambos están asociados con el movimiento circular.

Disimilitudes

1. Ambos tienen dirección opuesta
2. El centrípeto es una fuerza real mientras que el otro es una fuerza psuedo
3. El centrípeto se tiene en cuenta desde el marco de referencia intertial, mientras que el centrífugo se toma en el marco de referencia no intertial.

La ‘fuerza centrípeta’ es un esfuerzo externo continuo en un objeto en movimiento lineal que desvía la trayectoria del objeto (a forma circular).
La dirección instantánea del movimiento de un objeto, que se mueve en trayectoria circular, se desvía hacia afuera de la tangente a la trayectoria. La ‘fuerza centrífuga’ es un esfuerzo imaginario, utilizado en análisis matemáticos para dar cuenta de la tendencia a la desviación externa de la trayectoria del objeto que se mueve en trayectoria circular. ver: Movimiento en trayectoria circular

En centrípeto, el objeto tiende a moverse hacia afuera desde el punto central donde, como en la fuerza centrífuga, el objeto tiende a moverse hacia el eje de rotación. el ciclón que tiene mayor fuerza en la capa externa y se mueve hacia el centro donde tienen menos fuerza actuando

Una de las similitudes que puedo afirmar es:
¡Ambas fuerzas actúan radialmente, desde cualquier marco de referencia!

Fuerza centrífuga: actúa radialmente hacia afuera
Fuerza centrípeta: actúa radialmente hacia adentro

La fuerza centrípeta es una fuerza que actúa hacia adentro en un movimiento circular hacia su centro. Es una fuerza real experimentada por un cuerpo que se mueve a lo largo de un camino circular.

Mientras que la fuerza centrífuga es la fuerza que actúa hacia afuera en un cuerpo que se mueve a lo largo de un movimiento circular. Es la fuerza virtual que experimenta un cuerpo cuando se mueve a lo largo del camino circular.