He escrito sobre esto antes, pero parece haber cierta confusión sobre este tema. (En realidad, no me sorprende, ya que es bastante sutil). Esto puede ser más largo de lo necesario, pero espero aclarar algunos conceptos erróneos.
Las fuerzas sobre cualquier objeto son siempre el resultado de una interacción con algún otro objeto. Siempre. La esencia de la tercera ley de Newton es que las fuerzas son interacciones entre dos objetos, y que la interacción mutua hace que la misma fuerza de magnitud actúe sobre cada objeto, pero en direcciones opuestas.
La segunda ley de Newton trata de cómo cada objeto reacciona a todas las fuerzas que actúan sobre él. Es decir, la suma vectorial de todas las fuerzas hace que el objeto acelere en la dirección de la fuerza neta, y la magnitud de esa aceleración es inversamente proporcional a la masa del objeto.
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Tenga en cuenta que todavía no he mencionado “fuerza centrípeta” o “fuerza centrífuga”. Esas dos “fuerzas” (verás por qué pongo las comillas en un minuto) entran en juego cuando hablamos de objetos que se mueven en círculo. De hecho, también entran en juego cada vez que un objeto viaja en un camino curvo, ya sea un círculo o no. (La razón es sutil, pero tiene que ver con cualquier cambio de dirección asociado con el movimiento de un objeto que puede considerarse en un arco, incluso si el radio de curvatura de ese arco está cambiando continuamente. Es decir, momentáneamente está en ” movimiento circular”.)
Cuando un objeto en movimiento cambia su dirección, se acelera independientemente de si su velocidad está cambiando o no. Es decir, una aceleración es un cambio en la velocidad, lo que significa que su velocidad cambia, su dirección cambia o ambos. Pero la segunda ley de Newton establece que una aceleración es siempre el resultado de una fuerza neta que actúa sobre el objeto. Si no actúa una fuerza neta, el objeto continúa viajando en línea recta a velocidad constante.
Entonces, ¿qué sucede cuando un objeto viaja en un círculo? Supongamos que su velocidad es constante, lo que hace que sea más fácil pensar en ella. Si la velocidad es constante, pero la dirección no lo es, la aceleración es en la dirección del cambio en el vector de velocidad. Pero el vector de velocidad siempre es tangencial a la trayectoria circular en la que se encuentra el objeto, por lo que la aceleración debe ser perpendicular a esa dirección (ya que la velocidad no está cambiando). Eso significa que la aceleración es hacia el centro del círculo. Llamamos a esa aceleración centrípeta , que simplemente significa “hacia el centro”. Pero la fuerza que causa esa aceleración centrípeta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto que viaja por un camino circular. Entonces llamamos a esa fuerza neta la fuerza centrípeta . Todo lo que significa es que las fuerzas reales que actúan sobre el objeto tienen una suma vectorial hacia el centro de la ruta circular. No hay una fuerza separada llamada fuerza centrípeta además de aquellas fuerzas reales que causan el cambio de dirección.
Si sucede algo que hace que esas fuerzas de repente vayan a cero, ya no hay una aceleración hacia el centro del círculo y el objeto simplemente continúa en la dirección en que viaja tangencialmente al círculo.
Considere un par de ejemplos: piense en su mejor amigo balanceando una pelota en una cuerda en un círculo horizontal sobre su cabeza (por cualquier razón). En ese círculo horizontal, ¿cuál es la única fuerza que actúa sobre la pelota? La tensión en la cuerda ejerce una fuerza hacia el centro del círculo y eso cambia la dirección del movimiento de la pelota en un camino circular. Si no le gusta ese ejemplo, piense en la luna en su órbita (casi) circular sobre la tierra. La única fuerza es la gravedad y eso le da a la luna su aceleración centrípeta: acelera hacia la tierra sin acercarse nunca a ella.
Todas las fuerzas y aceleraciones en el plano de la trayectoria circular se explican en la descripción anterior y en esos dos ejemplos.
Entonces, ¿qué es la fuerza centrífuga ? Si en lugar de sentarse y mirar la pelota en la cuerda que viaja en un círculo uniforme sobre la cabeza de su amigo, ¿qué pasaría si estuviera en una plataforma giratoria moviéndose exactamente a la misma velocidad de rotación que la pelota y la cuerda? Verías una bola en una cuerda que sobresale directamente; no parece que se mueva en absoluto. Sabrías (o podrías medir) la tensión en la cuerda. Sabrías que es una fuerza real. Pero, ¿por qué la cuerda sobresale? Desde su perspectiva sobre esa plataforma giratoria, parecería como si una fuerza mágica estuviera alejando la bola del centro del círculo para mantener la cuerda tensa. No hay nada allí, por supuesto, pero así es como se vería. Eso es lo que llamamos la fuerza centrífuga. No es una fuerza real, es la forma en que podemos racionalizar lo que vemos cuando vemos este problema desde el punto de vista de un sistema de coordenadas rotativo. Es una fuerza ficticia , o quizás más técnicamente, una seudo fuerza . Lo que se llama fuerza centrífuga no es causado por una interacción con otro objeto. No es una fuerza real.
Un último ejemplo: cuando eres un pasajero en un automóvil que dobla una esquina muy rápidamente a la izquierda (lo sé, es divertido para el conductor, al menos), sientes que te arrojan al lado derecho del automóvil . La “fuerza” que siente (hay esas comillas nuevamente) es la fuerza centrífuga. ¿Es real? Me da un poco de ganas. Pero lo que siente es su tendencia a viajar en línea recta mientras el automóvil gira rápidamente a la izquierda. La fuerza real que hace que gire a la izquierda con el automóvil es la fricción en el asiento, el cinturón de seguridad, la puerta de la derecha o los refuerzos del asiento empujando sobre su costado u hombro, etc., todos actuando hacia el interior de la curva. Esas fuerzas son reales y son centrípetas .