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Movimiento circular uniforme
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True or false? Speed is the same thing as velocity.
Jenny tiene un nuevo monopatín eléctrico. Está deseando probarlo en este aparcamiento llano. Así que se sube y empieza a rodar. El monopatín tiene un motor que lo mantiene a una velocidad constante, pues mientras no haya otra fuerza que actúe sobre Jenny y su monopatín, ella seguirá yendo en la misma dirección y a la misma velocidad. Lo sabemos por la primera ley del movimiento de Newton, que afirma que un objeto en movimiento seguirá moviéndose en línea recta a velocidad constante, a menos que actúe sobre él una fuerza exterior.
Pero, ¿qué es esto? ¿Jenny intenta algo diferente? Coge una cuerda y la ata a una farola que hay en medio del aparcamiento. Sujeta el otro extremo de la cuerda y se aleja de la farola. Así la cuerda se estira. ¿Qué ocurrirá cuando encienda el motor y empiece a moverse? Echemos un vistazo desde arriba.
Va en círculo. Jenny va a velocidad constante por una trayectoria circular. Está en lo que llamamos un movimiento circular uniforme. El radio de su trayectoria circular es igual a la longitud de la cuerda que la separa de la farola. Pero, ¿por qué gira?
Según la primera ley de Newton, debería moverse en línea recta a menos que haya una fuerza exterior. Cuando Jenny está en su monopatín, a pesar de que intenta avanzar, la cuerda la sujeta. Hay una fuerza que actúa a lo largo de la cuerda desde Jenny hacia la farola del centro. A medida que Jenny se desplaza por la trayectoria circular, la dirección de la fuerza se va ajustando para que apunte siempre hacia el centro del círculo. Esta fuerza es la fuerza centrípeta.
La fuerza centrípeta es la que provoca el movimiento circular de Jenny. Recapitulemos. El movimiento circular uniforme es un movimiento con velocidad constante a lo largo de una trayectoria circular provocado por la fuerza centrípeta, que siempre apunta hacia el centro del círculo. Ahora, veamos qué más podemos observar. La distancia que recorre Jenny en cada vuelta es igual a la circunferencia de un círculo, 2πr.
R es el radio del círculo. En este caso, la longitud de la cuerda siempre tarda lo mismo. Su velocidad es constante. Podemos determinar su velocidad dividiendo la distancia que recorre por el tiempo que tarda t. Obtenemos esta fórmula.
La velocidad es igual a 2πr dividido por t. Esta es una fórmula para la velocidad en movimiento circular uniforme. ¿Y la velocidad de Jenny también es constante? La velocidad tiene magnitud y dirección. La magnitud de la velocidad de Jenny es igual a su velocidad y podemos calcularla con la misma fórmula dos pi r dividido por t. ¿Y cuál es la dirección de la velocidad? Echemos un vistazo de nuevo.
En cada punto de su trayectoria circular, Jenny está mirando hacia adelante. Si suelta la cuerda, sigue moviéndose en línea recta a partir de ahí, ya que no hay más fuerzas en trípeta actuando sobre ella. Esta es la dirección de su velocidad en el momento en que suelta la cuerda. Hagámoslo otra vez y veamos qué pasa si suelta la cuerda en un lugar diferente. También desde ese punto sigue recto en una dirección distinta a la anterior.
La dirección de la velocidad de Jenny es diferente según su posición a lo largo de la trayectoria circular. En el movimiento circular uniforme, la dirección de la velocidad es siempre perpendicular a la dirección de la fuerza centrípeta. Decimos que es tangente a la trayectoria circular y la llamamos velocidad tangencial. La velocidad tangencial no es constante porque su dirección cambia todo el tiempo. Pero ya está bien de física por hoy.
Sigue y enséñanos algún truco guay, Jenny.