Calculadora de movimiento circular y fuerza centrípeta
Rapidez, velocidad angular, período, frecuencia, aceleración y fuerza centrípetas en el movimiento circular uniforme. A partir de la rapidez, el período, las rpm o la fuerza.
Movimiento circular uniforme
Cuando un objeto recorre un círculo con rapidez constante, realiza un movimiento circular uniforme. La rapidez permanece constante, pero la dirección cambia continuamente. Ese cambio de dirección produce una aceleración que siempre apunta hacia el centro del círculo.
Magnitudes básicas
- Período T: tiempo de una vuelta completa. Frecuencia f = 1 / T: vueltas por segundo.
- Velocidad angular: ω = 2 × π / T (rad/s)
- Rapidez: v = 2 × π × r / T = ω × r
- Aceleración centrípeta: a = v² / r = ω² × r
- Fuerza centrípeta: F = m × v² / r
¿Qué es la fuerza centrípeta?
La fuerza centrípeta no es un tipo de fuerza nuevo. Es el nombre de la fuerza neta que mantiene el objeto en la trayectoria circular. Para una piedra que gira atada a una cuerda es la tensión, para un automóvil en una curva es el rozamiento entre los neumáticos y la carretera, y para un satélite es la gravedad. Si esa fuerza desaparece, el objeto continúa en línea recta siguiendo la tangente.
Ejemplo
Un automóvil de 1000 kg toma una curva de 50 m de radio a 20 m/s (72 km/h). La aceleración centrípeta es 20² / 50 = 8 m/s² y la fuerza necesaria es 1000 × 8 = 8000 N. El rozamiento de los neumáticos debe proporcionarla. Al duplicar la rapidez, la fuerza necesaria se multiplica por cuatro.
Límites
El cálculo es válido mientras la rapidez sea constante. La herramienta solo da la fuerza necesaria. Que la carretera pueda proporcionarla depende del coeficiente de rozamiento, del peralte y del límite de vuelco del vehículo, y debe comprobarse por separado.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la fuerza centrípeta a partir de la velocidad angular?
Por ejemplo, una masa de 5 kg que gira a 3 rad/s con un radio de 2 m requiere una fuerza centrípeta de 90 N. Multiplica la masa, el radio y el cuadrado de la velocidad angular para obtener la fuerza neta hacia el centro. Este resultado por sí solo no permite determinar si el rozamiento es suficiente ni si existe seguridad frente al vuelco.
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