Movimiento circular uniforme
El movimiento de un cuerpo que sigue una trayectoria circular se denomina movimiento circular. Ahora bien, el movimiento de un cuerpo que se mueve con velocidad constante a lo largo de una trayectoria circular se denomina Movimiento Circular Uniforme. Aquí, la velocidad es constante pero la velocidad cambia.
Si una partícula se mueve en un círculo, debe tener una aceleración que actúa hacia el centro y que la hace moverse alrededor del mismo. Como esta aceleración es perpendicular a la velocidad de la partícula en cada instante, sólo cambia la dirección de la velocidad y no la magnitud, por lo que el movimiento es circular uniforme. Llamamos a esta aceleración centrípeta (o aceleración radial), y la fuerza que actúa hacia el centro se llama fuerza centrípeta.
En el caso del movimiento circular uniforme, la aceleración es
ar = v2r = ω2r
Si la masa de la partícula es m, podemos decir por la segunda ley del movimiento que
F = ma
mv2r= mω2r
Esta no es una fuerza especial, en realidad fuerzas como la tensión o la fricción pueden ser una causa de origen de la fuerza centrípeta. Cuando los vehículos giran en las carreteras, es la fuerza de fricción entre los neumáticos y el suelo la que proporciona la fuerza centrípeta necesaria para girar.
Ejemplos de movimiento circular uniforme
A continuación se presentan ejemplos de movimiento circular uniforme:
- El movimiento de los satélites artificiales alrededor de la tierra es un ejemplo de movimiento circular uniforme. La fuerza gravitatoria de la tierra hace que los satélites se mantengan en la órbita circular alrededor de la tierra.
- El movimiento de los electrones alrededor de su núcleo.
- El movimiento de las aspas de los molinos de viento.
- La punta del segundero de un reloj con esfera circular muestra un movimiento circular uniforme.
El movimiento circular uniforme es un movimiento bidimensional en el que el objeto se mueve con una velocidad uniforme en una dirección circular fija, pero como la dirección del objeto sigue cambiando en cada punto, la velocidad también cambia, la dirección en cada punto es la dirección hacia la tangente.
Cuando el objeto se desplaza en un movimiento circular, en cada punto, el objeto experimenta una cierta aceleración, la aceleración actúa hacia el centro del círculo que hace que el objeto se mueva en ese círculo. La aceleración se conoce como aceleración radial o centrípeta.
En un movimiento circular uniforme, la fuerza que actúa hacia el centro se llama fuerza centrípeta y para equilibrar esa fuerza, la fuerza que actúa fuera del círculo se conoce como fuerza centrífuga.
La fuerza centrípeta siempre actúa hacia el centro.
La dirección de la velocidad es siempre tangente al círculo en todos los puntos.
El vector aceleración siempre será perpendicular al vector velocidad y por lo tanto, siempre apuntará hacia el centro.
La velocidad angular viene dada por, w= v/r
donde, w= velocidad angular
v = magnitud de la velocidad
r = radio del círculo
La magnitud de la aceleración viene dada por a=v2/r
El valor de la aceleración angular es siempre cero en el movimiento circular uniforme ya que la velocidad angular es constante.
Ejemplos prácticos de movimiento circular uniforme:
- El movimiento de los electrones de un átomo alrededor del núcleo.
- Muro de la muerte: La bicicleta tiene una fuerza normal que actúa hacia el centro y que la hace moverse en círculo.
- El satélite artificial que se mueve alrededor de la Tierra es un ejemplo de movimiento circular uniforme. La fuerza gravitatoria del centro de la Tierra ejercida sobre el satélite actúa como fuerza centrípeta para éste.
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