¿Quién juega el papel de fuerza centrífuga en un marco de referencia inercial?

Vale la pena citar una frase de mi libro,

Es un concepto erróneo entre los principiantes que la fuerza centrífuga actúa sobre una partícula para hacer que la partícula describa un círculo . La fuerza centrífuga actúa solo porque describimos la partícula desde un marco giratorio que no es inercial.

Sí, la declaración es sin duda correcta. Pero una cosa que me molesta es que si la partícula se mueve en un círculo debido a la fuerza centrífuga de un marco giratorio, ¿cuál es la causa del movimiento de la partícula en un círculo de un marco de inercia ? Si sólo hubiera fuerza centrípeta, la partícula iría hacia el centro y nunca se movería en círculo. Entonces, para mover la partícula en un círculo, ¿quién desempeñará el papel de la fuerza centrífuga cuando se ve desde el marco de inercia? Por favor ayuda.

Así es, la fuerza centrípeta actúa para forzar el movimiento circular. la fuerza centrífuga es solo la fuerza de reacción a esto.

Respuestas (2)

En un marco inercial, la única fuerza que hace que una partícula se mueva en un movimiento circular es la fuerza centrípeta. La razón por la que una partícula no "cae" en el centro es porque tiene cierta velocidad tangencial, por lo que se aleja tangencialmente del centro a medida que cae hacia él. La relación entre la aceleración centrípeta y la velocidad tangencial es a = v 2 / r . Recuerde que la aceleración es solo la tasa de cambio de la velocidad, y es la velocidad la que dicta la dirección en la que se desplaza el objeto. La aceleración centrípeta en realidad solo cambia la dirección del vector de velocidad (no la magnitud) de modo que la velocidad siempre está en una dirección tangencial al movimiento circular.

Los satélites, por ejemplo, están en caída libre constante (a una aceleración centrípeta g), pero se mueven tangencialmente lo suficientemente rápido como para perder el suelo mientras cae hacia la tierra, la razón por la cual su órbita es estable.

Hay una fuerza centrífuga "reactiva" en el marco de inercia, pero es una fuerza reactiva (según la Tercera Ley de Newton). Es aplicado por la partícula al objeto aplicando la fuerza centrípeta y es igual en magnitud y dirección opuesta a la fuerza centrípeta. Un ejemplo sería si una persona estuviera haciendo girar a otra persona y las dos estuvieran unidas por una cuerda, la tensión en la cuerda es igual a la fuerza centrífuga/centrípeta reactiva.

"moviéndose lo suficientemente rápido como para no tocar el suelo" - digno de Douglas Adams (de la fama de Hitchhiker's Guide), y digno de un voto a favor.
@Yandle: ¡Ay! Señor, entonces, si de repente la fuerza centrípeta se vuelve cero, el observador del marco de inercia verá que la partícula se expulsa tangencialmente, pero el observador en la partícula verá que se expulsa radialmente. Entonces, ¿cómo puede ser? ¿¿¿Cual es verdadero???
@Yandle: ¡Sé que lo que veo desde el marco inercial es cierto, pero no puedo visualizar cómo uno de la partícula puede ver que la eyección tangencial ocurre radialmente!
@ user36790 No estoy seguro de lo que quiere decir cuando dice que el observador en la partícula ve que la partícula se expulsa radialmente. En el punto donde a C = 0 (digamos que la cuerda se rompe), el marco de la partícula ya no es inercial (ya que no hay una fuerza neta sobre el objeto), si la partícula sale tangencialmente en v (en relación con el centro de rotación), el centro de rotación debería moverse en -v desde la perspectiva de la partícula. Solo para agregar que tanto las observaciones realizadas en un marco inercial como en un marco no inercial son "verdaderas", las observaciones son diferentes, pero igualmente válidas.
@Yandle: Señor, en el movimiento de un proyectil, la fuerza hacia abajo (gravedad) y una velocidad horizontal trabajan sobre el proyectil; sigue una trayectoria parabólica. Pero, en el movimiento circular, aunque la fuerza hacia abajo (fuerza centrípeta) y la velocidad horizontal (velocidad tangencial lineal) funcionan, la partícula sigue una trayectoria circular. ¿Por qué el camino es diferente en estos dos casos, aunque las condiciones son las mismas? Señor, por favor ayuda.
@ user36790 La razón por la que tenemos una trayectoria "parabólica" en el movimiento de un proyectil se debe a que la velocidad horizontal no es lo suficientemente alta como para mantener una órbita circular. Si lanzara una piedra (por ejemplo, en un avión) av tal que v^2/r = g, la piedra formaría una órbita estable alrededor de la Tierra (despreciando la resistencia del aire, etc.) como un satélite a r del centro de la tierra. Si la roca pierde velocidad, r disminuirá hasta que toque el suelo, que sería la trayectoria "parabólica" que se ve en el movimiento de un proyectil.

Consideremos un experimento simple en el que una piedra atada a una cuerda se mueve con un movimiento circular uniforme en un plano horizontal. Podemos analizar este experimento desde marcos inerciales y no inerciales.

Un observador en un marco inercial ve que la piedra tiene una aceleración radial y concluye que debe haber una fuerza radial que la provoque. Observa la cuerda tensa y escribe la segunda ley de Newton como T = metro v 2 / r , T siendo la tensión en la cuerda, dirigida hacia el centro.

Ahora considere un observador en un marco de referencia en el que la piedra está en reposo. (Imagínalo montando la piedra.) Él también observa la cuerda tensa. Pero está en reposo. Para salvar la segunda ley de Newton, imagina una fuerza F ese equilibrio exacto T de modo que F + T = 0 . Esta fuerza ficticia F , es la fuerza centrífuga.

Como ves, el observador en el marco inercial no necesita F . Es inventado por el observador en el marco no inercial para que todavía pueda usar la segunda ley de Newton.

Aunque la segunda ley de Newton se salva, la tercera ley de Newton no. Porque en el marco no inercial, la cuerda tira de la piedra con una fuerza T y como reacción la piedra también tira de la cuerda con una fuerza igual y opuesta. Mientras que la piedra experimenta una fuerza centrífuga F , nadie experimenta − F .

¿Quién juega el papel de fuerza centrífuga en un marco de referencia inercial?
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