¿Cómo puede la fuerza centrípeta hacer que los objetos salgan despedidos?

Question

No entiendo cómo la fuerza centrípeta, que siempre apunta al centro de nuestro movimiento circular puede causar este escenario:

Tenemos una gran piedra que gira muy rápido, tanto que una pieza se rompe, debido a la fuerza centrífuga (así es al menos como lo describen mis libros de texto).

Mi problema La fuerza centrífuga no existe realmente (sólo la usamos en marcos de referencia acelerados, por lo que las leyes de Newton siguen funcionando allí), así que si estamos en un marco de referencia de laboratorio, ¿qué fuerza "tiraría" de ese trozo de piedra hacia el exterior del círculo, cuando sólo tenemos la fuerza centrípeta (como se ha dicho apuntando al centro del movimiento circular...)?

(Por favor, no intentes explicarlo en un marco de referencia acelerado, porque ahí lo entiendo, pero no lo entiendo en un marco de referencia de laboratorio)

Answer 1

En el marco de referencia del laboratorio, hay que invertir la pregunta: no hay que preguntarse qué atrae a las partículas aparte pero qué los mantiene unidos .

Según las leyes de Newton, todo aquello sobre lo que no actúa ninguna fuerza se mantiene viajar en línea recta . Así que lo que requiere explicación es no que un conjunto de partículas en movimiento -como un volante de inercia- se separe, sino lo que las mantiene unidas. La fuerza que las mantiene unidas es una fuerza centrípeta, en este caso ejercida por los enlaces que mantienen el material unido. Cuando se alcanza una velocidad en la que esta fuerza ya no es suficiente para mantener las partículas en una trayectoria circular/órbita ligada, salen volando.

Answer 2

Intenta imaginar, en lugar de una gran piedra, un gran plato. Encima, llenas el plato con arena. Ahora empieza a girar el plato.

¿Qué va a pasar con la arena? La arena va a salir de la placa muy rápido, y se derramará en todas las direcciones. Este es el estado básico y natural de las cosas, y es a partir de aquí que debes empezar a cuestionar.

¿Cómo evitamos que la arena salga del plato? La respuesta es la fuerza centrípeta. Si atamos cada grano de arena al centro del plato con cuerdas, al girar cada cuerda tirará de su grano de arena y evitará que salga del plato.

Utilizar una gran roca es lo mismo; en lugar de utilizar cuerdas, sólo se confía en la cohesión intrínseca de la roca consigo misma. En este caso, cada "grano de arena", o pieza de la gran roca, está unido a las piezas adyacentes. Éstas, a su vez, transfieren todas las fuerzas a las adyacentes a ellas mismas, y así es como se propaga la fuerza centrípeta desde el exterior hacia el centro de la gran roca.

Una vez que cualquier pieza de la roca no puede sostener esta fuerza, los enlaces se rompen. De nuevo tienes arena, y como dijimos antes, la arena va a salir disparada en todas direcciones.

Answer 3

No hay que explicar esto por la fuerza centrífuga, ni por ninguna fuerza ficticia. Todo lo que la fuerza centrífuga es inercia .

Como la piedra está girando, tiene cierta velocidad. Pero como inicialmente hay una fuerza centrípeta, esta velocidad cambia constantemente hacia el centro de rotación. Cuando parte de la piedra se desprende, ya no está sujeta por la fuerza centrípeta, por lo que simplemente vuela por inercia con una velocidad constante.

Es sólo que cuando se pasa al marco de referencia asociado a la piedra, sólo ahí se obtiene la fuerza centrífuga - como un dispositivo para hacer que las leyes de Newton parezcan inalteradas.

Answer 4

Parece que se hacen dos preguntas diferentes:

1. ¿Por qué se rompe la piedra? Para que las partes más pequeñas de la piedra se desplacen por trayectorias circulares, debe ejercerse una fuerza centrípeta sobre cada una de ellas. Estas fuerzas se ejercen a través de las fuerzas que mantienen unidas las partes. Cuando estas fuerzas son demasiado grandes para el material en cuestión, la piedra se rompe en trozos más pequeños.
2. ¿Qué hace que las piezas salgan volando después de que la piedra se haya roto? Como ya no hay ninguna fuerza centrípeta que haga que las piezas se desplacen a lo largo de trayectorias circulares, simplemente siguen viajando en línea recta en la dirección que llevaban antes de que la piedra se rompiera. Esto significa que saldrán volando hacia fuera, aunque no en línea recta radialmente.

Answer 5

El efecto centrífugo no es una fuerza, es cierto, pero existe.

El efecto se produce, no porque ninguna fuerza tire de la pieza hacia fuera en el círculo, sino por la fuerza centrípeta ya existente que tira de todo lo demás del material hacia el interior en el círculo. La pieza quiere continuar su movimiento en línea recta, como todo lo hace cuando no experimenta fuerzas, lo que la lleva fuera del círculo.

Si te sientas en un coche y te sientes apretado hacia un lado cuando el coche gira, no es que te aprieten a ti hacia el lado, sino que el coche te aprieta a ti; gira y trata de llevarte con él.

Esta tendencia a querer continuar en línea recta mientras se tira de ella en círculo, es lo que podemos llamar efecto centrífugo (deliberadamente no lo llamo "fuerza" para evitar esta confusión).