Sobre el funcionamiento de la fuerza centrífuga

Entiendo que la fuerza centrífuga es lo que parece forzarte a salir de un movimiento circular si no tienes la fuerza centrípeta necesaria para permanecer en él. Por ejemplo, una piedra que gira alrededor de una cuerda se moverá tangencialmente hacia afuera si se suelta debido a su inercia y al hecho de que ya nada la hace moverse en movimiento circular.

Pero en el caso de un objeto sin fricción que se desliza radialmente hacia afuera sobre una placa giratoria sin fricción,

(1) ¿Por qué es radial hacia afuera y no tangencial?

(2) ¿Por qué se mueve de todos modos? las superficies en contacto no tienen fricción; ¿Por qué no se queda allí mientras gira la placa, de modo que no se mueva en absoluto? ¿No es eso la inercia?

(3) Generalmente, ¿por qué la fuerza centrífuga actúa hacia afuera sobre los objetos?

Respuestas (1)

Podemos analizar la trayectoria del objeto en un marco de referencia inercial no giratorio o en un marco de referencia no inercial giratorio. Tenga en cuenta que el camino físico en el espacio es el mismo en cada caso, pero nuestro punto de vista cambia, por lo que nuestra descripción del camino cambia.

Como se observa en un marco de referencia inercial no giratorio:

  1. Cuando la fuerza centrípeta está presente, esto hace que el objeto se mueva en un círculo a una velocidad constante. Su vector velocidad siempre es tangencial al círculo. Cuando se elimina la fuerza centrípeta, no hay fuerzas que actúen sobre el objeto, por lo que continúa moviéndose tangencialmente en línea recta con velocidad constante.
  2. El objeto continúa moviéndose debido a la inercia.
  3. No hay fuerza centrífuga en un marco de referencia inercial.

Como se observa en un marco de referencia giratorio no inercial:

  1. Cuando la fuerza centrípeta está presente, esta equilibra la fuerza centrífuga. La fuerza neta sobre el objeto es cero, por lo que permanece en reposo. Cuando se elimina la fuerza centrípeta, hay una fuerza centrífuga desequilibrada que actúa sobre el objeto. Esto hace que el objeto se mueva inicialmente radialmente hacia afuera. Sin embargo, dado que el objeto ya no está estacionario, su trayectoria se ve afectada por la fuerza de Coriolis, por lo que se curva alejándose de una trayectoria radial.
  2. El objeto comienza a moverse debido a la fuerza centrífuga desequilibrada. Su camino no es una línea recta debido a la fuerza de Coriolis.
  3. Cuando el movimiento del objeto en un marco de referencia no giratorio se convierte en un marco de referencia giratorio, se introduce un término radial hacia afuera porque los vectores base en el marco de referencia giratorio cambian constantemente de dirección. Este término es la fuerza centrífuga.
"Esto hace que el objeto se mueva inicialmente radialmente hacia afuera", ¿por qué exactamente tiene que suceder eso? ¿No debería ser tangencial, dictado por la inercia? ¿Y puedes explicar un poco más el tercer punto?
@HarryHolmes Si estamos describiendo la ruta en relación con el marco de inercia no giratorio, entonces el objeto se mueve tangencialmente al círculo. Pero si estamos describiendo la trayectoria en relación con el marco no inercial giratorio, entonces se mueve radialmente hacia afuera (inicialmente) porque la fuerza centrífuga (que debemos introducir porque estamos usando un marco de referencia giratorio) se dirige radialmente hacia afuera. Para obtener una derivación de las fuerzas ficticias en un marco de referencia giratorio mediante análisis vectorial, consulte en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force .
Entiendo. Sólo esta; ¿Por qué el objeto no permanece allí, estacionario con respecto a los marcos de inercia, y se desliza sobre la placa giratoria? ¿No es ese el resultado que produciría la inercia?
@HarryHolmes En el marco inercial no giratorio, el objeto no está estacionario para empezar: la inercia lo mantiene en movimiento con velocidad constante en línea recta. En el marco giratorio no inercial hay una fuerza desequilibrada (fuerza centrífuga) que actúa sobre el objeto, por lo que no puede permanecer en reposo. Mismo resultado, dos explicaciones diferentes dependiendo del POV.
¿Por qué no estaría estacionario en el marco inercial? Seré más claro; el objeto estaba sentado en la placa inmóvil antes de que comenzara a girar. ¿No se quedaría ahí?
@HarryHolmes De acuerdo, si el objeto está en reposo inicialmente en el marco no giratorio y no hay fuerzas que actúen sobre él, simplemente permanece en reposo.
por favor responde. Wikipedia parece contradecir lo que acabamos de acordar.
@HarryHolmes Esto se ha desviado un poco de su pregunta original, y los comentarios no están destinados a discusiones extensas. Le sugiero que publique esto como una nueva pregunta.
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