Si un objeto que se mueve en un círculo experimenta fuerza centrípeta, ¿no experimenta también fuerza centrífuga, debido a la tercera ley de Newton?

Esta es una mala interpretación común de la tercera ley de Newton, a menudo declarada como "para cada acción, hay una reacción igual y opuesta". Como supone, "acción" y "reacción" se refieren a fuerzas. Sin embargo, se refieren a fuerzas que actúan sobre diferentes cosas . De lo contrario, nada podría acelerar, nunca: si cada fuerza fuera siempre anulada por una fuerza igual y opuesta, ninguna fuerza podría hacer nada. En cambio, las fuerzas ocurren entre los objetos, digamos un automóvil y una carretera, para tomar su ejemplo. El camino ejerce una fuerza hacia adentro sobre el auto, que, tienes razón, es la fuerza centrípeta. La fuerza igual y opuesta es ejercida por el carro, sobreEl camino. Las dos fuerzas actúan sobre cosas diferentes, por lo que no se cancelan. Esta segunda fuerza (la fuerza ejercida por el automóvil en la carretera) a veces se denomina "fuerza centrífuga reactiva", lo cual es confuso porque es diferente del significado más común de fuerza centrífuga.

Veamos el sistema Tierra-Luna como ejemplo. La fuerza centrípeta es la gravedad de la Tierra, evitando que la Luna se vaya volando. Pero esto funciona en ambos sentidos, la Tierra es atraída hacia la Luna con la misma fuerza con la que la Luna es atraída hacia la Tierra.

En el ejemplo de su automóvil, el ángulo de los neumáticos delanteros significa que un porcentaje de la fuerza del automóvil se gasta en girar el automóvil. La fuerza opuesta se gasta tratando de empujar el camino en la dirección opuesta. En realidad, es lo mismo que conducir hacia adelante, excepto que su vector de fuerza no es paralelo a su vector de velocidad.

Un pequeño aparte rápido: las leyes de Newton, las que aprendes en la escuela secundaria de todos modos, solo funcionan en marcos de referencia inerciales. La fuerza centrífuga existe en un marco de referencia giratorio.

Imagina un objeto conectado por una cuerda que se mueve en un movimiento circular.

¿Qué es en realidad esta fuerza de reacción creada por la fuerza centrípeta?

La fuerza sobre un objeto , que provoca la aceleración centrípeta de un objeto, se debe a otra entidad : la acción, por ejemplo, la fuerza sobre el objeto debida a la cuerda .

El par de la tercera ley de Newton es la fuerza sobre otra entidad debido al objeto : la reacción, por ejemplo, la fuerza sobre la cuerda debido al objeto .

¿De dónde viene la fuerza centrífuga?

La fuerza centrífuga no es una fuerza real, sino que se introduce por la conveniencia de poder utilizar la segunda ley de Newton en el marco rotacional (no inercial) del objeto.

No existe un par de la tercera ley de Newton para la fuerza centrífuga.

Pero obviamente esto no es cierto, ya que eso significaría que la aceleración neta del objeto que se mueve en el círculo sería 0.

Eso no es correcto. Un objeto experimenta aceleración si cambia su velocidad, cambia de dirección o ambos. De acuerdo con la primera ley de Newton, un cuerpo que se mueve en línea recta a velocidad constante continuará haciéndolo a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él. En cualquier instante de tiempo, el vector velocidad de un cuerpo en movimiento circular es tangente al círculo. La inercia del cuerpo resiste un cambio de dirección de ese vector. La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que parece estar actuando sobre el cuerpo en un marco de referencia no inercial (acelerado) debido a la inercia del cuerpo. La fuerza centrípeta es la fuerza neta que actúa sobre el objeto obligándolo a cambiar constantemente de dirección hacia el centro de la trayectoria circular.

Tal vez sea más fácil ver esto si considera un automóvil que circula en línea recta a una velocidad constante. Hay un objeto en el asiento del pasajero. El conductor (en este caso en el lado izquierdo del automóvil) hace un giro brusco a la izquierda, que es el comienzo del movimiento circular. El objeto en el asiento se desliza hacia la puerta del lado del pasajero. El conductor experimenta la sensación de ser empujado hacia el lado del pasajero. Pero ni el conductor ni el objeto están sujetos a ninguna fuerza de contacto que los empuje en esa dirección. Están experimentando una fuerza centrífuga (ficticia).

Supongamos ahora, en cambio, que el objeto no se desliza sobre el asiento debido a la fricción estática entre el objeto y el asiento. La fuerza de fricción estática es una fuerza centrípeta hacia el centro de la circular que impide que el objeto continúe en línea recta visto desde un marco de referencia inercial (por ejemplo, la carretera). Esto es lo mismo que está sucediendo en su ejemplo.

En pocas palabras: la fuerza centrípeta sigue cambiando la dirección del objeto hacia el centro de la trayectoria circular. Un cambio en la dirección del movimiento de un objeto da como resultado una aceleración incluso si la velocidad del objeto no cambia.

Espero que esto ayude.

que también nos da la fuerza centrífuga (ya que$F=ma$es la ecuación para una fuerza y ​​la aceleración de un objeto, por lo tanto, es causada por una fuerza).

No deberías llamarlo " fuerza centrífuga ", sino fuerza centrípeta . Una fuerza centrípeta hacia adentro provoca la aceleración centrípeta hacia adentro. Cuando la gente dice "fuerza centrífuga", generalmente se refiere a la sensación de ser balanceado hacia afuera , por lo que esta "fuerza centrífuga" imaginaria sería opuesta a la fuerza centrípeta real.

Tenga en cuenta, sin embargo, que no existe tal cosa como una fuerza centrífuga (simplemente se siente como si existiera, pero eso es solo una ilusión); sólo hay una fuerza centrípeta. (Estoy asumiendo aquí un marco de referencia inercial, como el suelo).

Pero según la tercera ley de newton, para cada acción, hay una reacción igual y opuesta, lo que significaría que debido a la fuerza centrípeta hay una fuerza igual hacia afuera, que yo diría que es la fuerza centrífuga. Pero obviamente esto no es cierto, ya que eso significaría que la aceleración neta del objeto que se mueve en el círculo sería 0.

Una nota muy importante: Las fuerzas de acción/reacción en la 3ra ley de Newton no actúan sobre el mismo objeto. Su objeto es jalado hacia adentro y otro objeto es jalado simultáneamente hacia afuera (en sentido contrario) con la misma fuerza.

Un movimiento circular ocurre porque

• balanceas algo alrededor de una cuerda (la fuerza hacia afuera actúa sobre tu mano)
• giras con tu auto (la fuerza hacia afuera actúa sobre el suelo/asfalto/planeta)
• un satélite está orbitando la Tierra (la fuerza hacia afuera actúa sobre la Tierra)
• etc.

Siempre hay una fuente de la fuerza interna; siempre hay una interacción con algo más, antes de que una fuerza pueda estar presente. Ese "algo más", es lo que siente la fuerza de reacción a través de la 3ra ley de Newton.

Puedo imaginar que la fuerza centrípeta puede provenir de la fricción con la carretera si estás en un automóvil y si la fuerza de reacción es la fuerza contra el suelo, tiene sentido, excepto por la fuerza centrífuga.

Básicamente estás respondiendo la pregunta aquí tú mismo. Lo último que hay que señalar es, como se mencionó anteriormente, que no existe tal cosa como una "fuerza centrífuga". Ese es un mal término, porque no es una fuerza. es un sentimiento Usted es lanzado hacia afuera contra la ventana cuando un automóvil gira, no porque alguna "fuerza centrífuga" lo empuje hacia afuera, sino porque el automóvil es empujado hacia adentro por la fuerza centrípeta.

No eres tú siendo empujado hacia afuera, es el auto que se aleja del camino recto que tiene tu cuerpo y, por lo tanto, te empuja. Pero desde la perspectiva del automóvil, parece que usted es el que se mueve y no el automóvil; eso es solo una ilusión, un truco de nuestros cerebros. El mismo truco ocurre cuando un tipo en patines está parado en un autobús. Cuando el autobús acelera, parece como si rodara hacia atrás, pero no es él rodando hacia atrás, es el autobús rodando hacia adelante alejándose de debajo de sus pies.

En resumen: no eres tú moviéndose hacia afuera, es el auto moviéndose hacia ti . Nada lo empuja hacia afuera, y no hay movimiento/aceleración hacia afuera que pueda ser causado por alguna fuerza. Sólo la sensación/ilusión de ello.

Primero, eliminemos el error en la primera oración. Debido a$F=ma$, obtienes una fuerza centrípeta debido a la aceleración centrípeta.

Con eso fuera del camino, vayamos al quid de la cuestión. Has aprendido la tercera ley de Newton, "Por cada acción, hay una reacción igual pero opuesta". Esta declaración es un poco incompleta, porque no incluye ninguna información sobre la ubicación de esta acción y reacción.

La tercera ley de Newton se puede parafrasear como: "Por cada acción del cuerpo A sobre el cuerpo B, existe una reacción igual pero opuesta del cuerpo B sobre el cuerpo A". Hemos determinado que el cuerpo A se mueve en un círculo, por lo que se ejerce sobre él alguna acción centrípeta. En algún lugar, debe existir una reacción igual pero opuesta en algún cuerpo B (¡no A!) .

Ejemplos típicos del cuerpo B serían

• Tu mano sosteniendo el balde que estás balanceando en un círculo. Puedes sentir esta fuerza centrífuga tratando de "sacar" tu mano de tu cuerpo.
• La carretera, siendo empujada 'hacia afuera' debido a que el automóvil circula en círculos
• La Tierra, acelerando continuamente hacia la Luna (lo que significa que la Tierra también, en cierto modo, gira alrededor de la Luna; de hecho, ambas giran alrededor de un baricentro común)

Entonces, la fuerza centrífuga es una palabra sin sentido como la jerga callejera entonces. Mi profesor de física del instituto siempre nos decía: "Es centrípeta. No la llames centrífuga".