Supongamos que se coloca una moneda en una mesa giratoria que luego se gira. La moneda inicialmente gira junto con el disco y eventualmente puede salir volando.
Mi pregunta es, ¿por qué la fricción estática actúa radialmente hacia adentro y, por lo tanto, proporciona una aceleración centrípeta? Sé que actúa de manera opuesta a la dirección potencial del movimiento relativo, pero ¿por qué es radialmente hacia adentro? He visto esta pregunta varias veces, pero no se responde satisfactoriamente y no puedo obtener la intuición detrás de ella.
En segundo lugar, si la mesa giratoria gira desde el reposo, ¿qué hace que la moneda obtenga una velocidad en primer lugar (es decir, qué causa la aceleración tangencial si la fricción estática actúa radialmente hacia adentro)?
Por último, ¿por qué la moneda eventualmente puede salir volando? ¿Qué está causando que la fuerza centrífuga requerida aumente haciendo que la fricción estática sea insuficiente?
Estaría muy agradecido si alguien pudiera explicarme esto intuitivamente.
¿Por qué la fricción estática actúa radialmente hacia adentro y proporciona así una aceleración centrípeta?
Porque el disco debajo de la moneda se acelera radialmente hacia adentro.
El caso lineal puede ser más fácil de entender. Colocamos un paquete en una cinta transportadora. El cinturón acelera hacia la derecha. Las fuerzas de fricción entre el paquete y la correa aceleran el paquete hacia la derecha.
El tocadiscos es un objeto rígido. Lo que sea que esté aplicando torsión a la mesa hace que todo el objeto gire. Las fuerzas cohesivas rígidas significan que partes de la plataforma giratoria a cierta distancia del eje están acelerando hacia el centro. Al igual que la cinta transportadora, la fricción intenta acelerar la moneda en la misma medida. O la moneda gira con el plato giratorio o la fricción es insuficiente y la moneda se mueve en algún otro camino.
¿Qué hace que la moneda obtenga una velocidad en primer lugar (es decir, qué causa la aceleración tangencial si la fricción estática actúa radialmente hacia adentro)?
La aceleración radial es para el caso de velocidad de rotación constante. Si la plataforma giratoria cambia de velocidad (a partir del reposo), también habrá aceleración tangencial.
¿Qué está causando que la fuerza centrífuga requerida aumente haciendo que la fricción estática sea insuficiente?
La fuerza centrífuga requerida depende de la masa de la moneda, la distancia desde el eje y la velocidad de rotación de la mesa. Si todos ellos son constantes, esperaría que la fuerza requerida permaneciera constante y que la moneda nunca se moviera (en relación con el plato giratorio).
En la práctica, es posible que la mesa no sea perfectamente plana. Un golpe podría perturbar la moneda y reducir la fricción. O tal vez el motor cambió de velocidad por un segundo. Las condiciones del experimento determinarían si la moneda se quedaba o no.
Pensé que era la velocidad relativa y no la aceleración lo que determinaba la fricción.
Eso es correcto (al menos para la fricción cinética). Pero suponiendo fricción estática en este caso, la velocidad relativa siempre es cero. Por lo tanto, la fuerza de fricción es suficiente para acelerar la moneda exactamente tanto como acelera la plataforma giratoria debajo (hasta que comienza a deslizarse). Pero si el plato giratorio debajo no estuviera acelerando, entonces la moneda no requeriría fricción.
La moneda aún se aceleraría si la colocara en un disco en movimiento; ¿Qué está proporcionando la aceleración tangencial entonces?
Friccion kinetica. Solo en el caso de que la moneda no tenga una velocidad relativa y de que el plato giratorio no cambie la velocidad de rotación, la fricción es puramente radial. Si se encuentra en una configuración deslizante, la fricción también actuará en otras direcciones.
Imagina que una moneda está en un plato giratorio a las 12 en punto. Cuando comienza a girar en sentido contrario a las agujas del reloj, la moneda primero es empujada por la superficie horizontalmente. La moneda "quiere" permanecer en su lugar, por lo que "se resiste" a ser movida, pero la superficie la empuja (por fricción).
Luego, una vez que la moneda comenzó a moverse un poco, "quiere" seguir moviéndose en esa dirección inicial, pero luego un plato giratorio la hace cambiar de dirección hacia las 11 en punto. Así es como la fricción de la superficie empuja la moneda hacia el centro.
La superficie de fricción tiene un límite máximo, que está definido por el peso de una moneda y el coeficiente de fricción. Entonces, mientras que el plato giratorio se acelera en algún punto, la fricción de la superficie no es suficiente para mantener la moneda en su lugar, por lo que sale volando.
mecánico vulgar