Fuerza centrífuga

Question

Cuando un cuerpo está en movimiento circular, en realidad, sólo experimenta la fuerza centrípeta, creada por la atracción gravitatoria, la tensión, etc., que le da la aceleración hacia el centro. Supongamos que llenamos un cubo de agua y lo hacemos girar en el plano vertical. Habrá una determinada velocidad en la que el agua no se caiga aunque el cubo esté al revés. En ese instante, si escribiéramos las fuerzas que actúan sobre el agua, serían la reacción normal del cubo y su peso. Esto significa que la fuerza neta es hacia abajo. ¿Por qué no cae el agua, si no hay fuerza hacia arriba? La fuerza centrífuga es una pseudofuerza, por lo que no debería ser aplicable aquí, ya que el agua no caerá hacia abajo incluso si la observo desde un marco no inercial. ¿Cómo se puede explicar este fenómeno?

Además, supongamos que colocamos un anillo en una varilla y la hacemos girar, el anillo acabará resbalando y cayendo. ¿Por qué ocurre esto si no hay una fuerza exterior?

Answer 1

La fuerza neta sobre el agua en el cenit es efectivamente hacia abajo.

Sin embargo, una fuerza neta hacia abajo no significa que el movimiento será hacia abajo, sólo la aceleración.

Y, efectivamente, el agua se acelera hacia abajo en ese breve instante, por lo que continúa con un movimiento circular, en lugar de salir volando horizontalmente como lo haría si no hubiera fuerzas centrípetas ni gravitatorias actuando sobre ella.

Detenga el agua en el cenit deteniendo el cubo, y la aceleración hacia abajo actuará sobre él durante el tiempo suficiente para que el agua se desplace efectivamente hacia abajo, cayendo fuera del cubo.

Answer 2

La fuerza sobre un objeto no determina directamente la dirección en la que se mueve, sino que determina la dirección en la que se acelera. Moverse en una dirección, pero reducir la velocidad, es acelerar en la dirección opuesta.

La fuerza neta sobre el agua en el cubo giratorio, cuando el cubo está en la parte superior de su remolino es efectivamente hacia abajo. Como dices, tanto la gravedad como el cubo empujan el agua hacia abajo. Y como es de esperar, el agua se acelera hacia abajo. Hace un momento se estaba moviendo lentamente hacia arriba. Un momento después se moverá lentamente hacia abajo. Esto es cierto por muy cortos que sean los momentos. Eso significa que se está acelerando hacia abajo. La dirección en la que se mueve está cambiando de lado y ligeramente hacia arriba a lado y ligeramente hacia abajo.

Con el anillo, dices que no hay fuerza "hacia afuera", pero creo que como llamas fuerza centrífuga a una psuedo fuerza deberíamos llamar "hacia afuera" a una pseudo dirección. Para un observador que no está girando, ninguna dirección particular es hacia afuera.

En la práctica, el anillo debe deslizarse en una dirección determinada. Supongamos que es hacia el este. Hay una fuerza que empuja el anillo hacia el este durante la mitad del tiempo que la varilla gira.

Answer 3

El agua sí cae ¡!

Se mueve hacia adelante debido a su velocidad tangencial y cae precisamente la cantidad que es necesaria para moverse en un círculo El argumento es similar al de por qué la luna no cae "hacia abajo", hacia la tierra, aunque la gravedad sea la única fuerza que actúa sobre la luna.

Answer 4

El cubo y el agua se desplazan en todo momento tangencialmente al centro de rotación, y dependiendo de su velocidad puede tener un impulso considerable, por lo que seguirá girando incluso cuando esté boca abajo.

Como ya se ha dicho, el cubo sólo experimenta la fuerza centrípeta; sin embargo, estará ejerciendo una fuerza centrífuga sobre tu mano. Esto satisface la tercera ley de Newton.