Movimiento circular uniformemente acelerado
Aunque la velocidad es constante, la velocidad no lo es; la velocidad es una cantidad vectorial que depende tanto de la magnitud como de la dirección. La dirección del vector velocidad cambia continuamente mientras se desplaza en un movimiento circular uniforme. Este cambio de velocidad indica la presencia de una aceleración. Esta aceleración centrípeta es de magnitud constante y se dirige en todo momento hacia el eje de rotación. Por lo tanto, la aceleración angular permanece constante en un movimiento circular uniforme.
El movimiento circular uniforme es el movimiento de un objeto que se desplaza con una velocidad constante (uniforme) en una trayectoria circular. Además de la velocidad, hay otras variables que se utilizan para caracterizar el movimiento. Son el radio del movimiento r, la velocidad angular ω, el periodo T y la frecuencia de rotación f. El periodo es el tiempo necesario para que el objeto complete una revolución de movimiento. La velocidad angular es el desplazamiento angular por segundo y se relaciona con la frecuencia mediante
ω = 2πf
con ω en rad/s
La frecuencia de rotación es el número de revoluciones por segundo y viene dada por:
f = 1/T
con f en Hz o seg-1.
La velocidad del objeto es tangencial al círculo con una magnitud v = rω. La aceleración, a, está dirigida hacia el centro del círculo (centrípeta) con una magnitud dada por:
( 3 )
a = v2 r = rω2
con a en m/s2.
Para que un objeto de masa m se mueva alrededor del círculo con velocidad constante, debe haber una fuerza centrípeta neta actuando sobre el objeto. La magnitud de la fuerza neta, F, debe ser constante y está relacionada con la aceleración centrípeta por la Segunda Ley de Newton:
F = ma = mrω2
con F en N.
Esta fuerza centrípeta puede provenir de la tensión (como en este laboratorio), de la fricción (como en el caso de un coche que toma una curva), de una fuerza normal (como en una montaña rusa en bucle) o de la gravedad (como en el caso del movimiento de un satélite). En este experimento, medirás el periodo de un objeto que experimenta un movimiento circular uniforme con un radio fijo, pero con varios valores de F. A partir del periodo, puedes calcular la velocidad angular. Con estos valores conocidos y las ecuaciones anteriores, puedes encontrar una masa empírica del objeto en rotación y compararla con el valor de la masa encontrado al pesarlo directamente con una balanza.
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