Dilema de la fuerza centrífuga

No sientes la fuerza centrífuga. Lo que sientes es la fuerza centrípeta (que es la fuerza de contracción/fricción que te aplica el asiento de tu auto) empujándote hacia adentro.

Pruebe el siguiente experimento de Gedanken: imagine que su automóvil no gira, sino que solo acelera lateralmente en línea recta. En qué dirección tendría que acelerar el coche, para darte la misma sensación que tienes al girar. ¿En qué dirección va la fuerza sobre su automóvil? Verás, que es la fuerza hacia adentro que sientes al girar, impidiéndote seguir una línea recta.

pero no puedo entender que si es una pseudo fuerza, entonces por qué sentimos que algo nos empuja hacia afuera durante un giro cerrado en el vehículo.

Lo que siente es el resultado de su inercia o resistencia a un cambio en la dirección o magnitud de su velocidad según la primera ley de Newton. En este caso, la resistencia de su cuerpo a un cambio de dirección de una línea recta a una trayectoria curva.

Si estuviera conduciendo a una velocidad constante en línea recta y de repente acelerara el automóvil, se sentiría empujado hacia atrás. Si de repente aplicara los frenos, se sentiría empujado hacia adelante. En cada uno de estos casos, la "fuerza" que sientes no es el resultado de algo físico que actúe sobre tu cuerpo. En cambio, es el resultado de estar en un marco de referencia acelerado (no inercial).

Además, estoy muy confundido de que cuando aplicaremos la fuerza centrífuga, dado que la centrífuga cancelará la fuerza centrípeta, entonces, ¿cómo se moverá el objeto en círculo en ausencia de aceleración radial? (Mi entendimiento)

La fuerza centrífuga solo cancela la fuerza centrípeta en el marco de referencia giratorio (no inercial). Solo es necesario aplicar la segunda ley de Newton para explicar por qué no está acelerando radialmente hacia afuera en su marco de referencia. Por ejemplo, si está dando un giro brusco, la fuerza centrífuga actúa para empujarlo hacia afuera, hacia, digamos, la puerta del automóvil. La fricción de su asiento, o tal vez la puerta del automóvil en sí, actúa como la fuerza centrípeta que detiene su movimiento hacia afuera.

En el marco de referencia inercial (sin aceleración) de la carretera, solo existe la fuerza centrípeta y es responsable de tu aceleración radial hacia el centro de tu movimiento circular.

Espero que esto ayude.

No eres tú quien se mueve hacia afuera y se mete en la puerta del auto. Es la puerta del coche la que se mueve hacia dentro de ti.

Tu inercia hace que tu cuerpo tienda a seguir moviéndose recto. Al igual que cuando estás parado en un autobús que frena, te sientes empujado hacia adelante, pero de hecho es el autobús el que tira hacia atrás debajo de tus pies.

Al girar, la puerta del coche no permitirá que tu cuerpo siga recto. Eso rompería la puerta. Así que te empuja hacia adentro junto con él. Esa es entonces la fuerza centrípeta: está hacia adentro y no hay otra fuerza involucrada aquí.

Con todo: la "fuerza centrífuga" es simplemente una ilusión. No existe tal fuerza. Pero el efecto centrífugo , si optamos por llamarlo así, es muy real.

También se le llama fuerza ficticia, fuerza de d'Alembert o fuerza de inercia. Prefiero el término fuerza de inercia, porque lo sentimos, no una imaginación.

Aplicamos fuerza centrífuga solo cuando estamos en un marco de rotación, por ejemplo, estamos parados en la tierra, hay una fuerza centrífuga debido al giro de la tierra. La fuerza centrífuga cancela la fuerza centrípeta y nos convierte en la tierra sin una rotación relativa con respecto a la tierra.

Hay otras fuerzas de inercia generadas al derivar un movimiento de rotación en un marco de inercia además de la fuerza centrífuga, incluida la fuerza de Coriolis que hace que el tifón gire en una dirección determinada.$-m \vec{\omega} \times \vec{v}$, y para acelerar el marco de rotación$- m \frac{d\vec{\omega}}{dt} \times \vec{r}$.

Lo más importante que debe comprender es que la fuerza centrífuga depende del marco de referencia . En algunos marcos de referencia existe, en otros no.

Tomemos un ejemplo simple de un planeta que orbita una estrella a una distancia fija. Antes de que podamos analizar su movimiento, debemos elegir un marco de referencia.

Podemos elegir un marco de referencia inercial, donde no hay fuerza centrífuga. En este marco, el planeta se mueve en un círculo. Hay una fuerza en el planeta: la gravedad de la estrella, que actúa como una fuerza centrípeta que mantiene al planeta moviéndose en un círculo.

O podemos elegir un marco giratorio, que está centrado en la estrella y gira con un período igual al período orbital. En este marco, el planeta no se mueve en absoluto . Su posición es completamente fija. Hay dos fuerzas que actúan sobre él: la gravedad hacia la estrella y la fuerza centrífuga que se aleja del eje de rotación del marco (que, por construcción, significa alejarse de la estrella). Las dos fuerzas se cancelan, por lo que la aceleración neta del planeta es 0 (de acuerdo con la observación de que no se mueve en absoluto).

Al analizar sistemas más complejos, debemos recordar que la fuerza centrífuga se aplica de manera diferente a diferentes objetos (la aceleración en cada uno se aleja del eje del marco, con una magnitud proporcional a la distancia desde el eje); y que hay una fuerza adicional, la fuerza de Coriolis, que actúa sobre los objetos que se mueven en este marco. (No entra en juego en el ejemplo anterior, porque nada se mueve).

En general, siempre que tenga un sistema en el que esté involucrada la rotación, tiene la opción de analizarlo, ya sea desde un marco inercial o desde un marco giratorio que coincida con el comportamiento del sistema. Cada uno conducirá a resultados correctos, posiblemente de una manera diferente. Pero debe tener cuidado de no confundir los dos y aplicar en un marco la lógica que pertenece al otro.