Laboratorio De Fuerza Centripeta

|Instituto de Profesores “Artigas” |
|Física Experimental 1 |Guía práctica Nº4 |2008 |

Fuerza centrípeta

El Movimiento Circular Uniforme (MCU) es un movimientoacelerado; aunque el módulo del vector velocidad tangencial es siempre el mismo, su dirección y sentido varían continuamente. Según la Segunda ley de Newton, para mantener esta aceleración se necesita una fuerza. ¿Cómo se relaciona esta fuerza con la velocidad del objeto, su masa y el radio del círculo? O, lo que es lo mismo, ¿cómo se relaciona la frecuencia de giro con la fuerza, el radio y la masadel cuerpo en MCU?

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Para responder a estas preguntas utilizaremos el aparato simple indicado en la figura, que nos permite medir la fuerza en tanto observamos el movimiento. Cuando el tubo de vidrio se hace girar en un pequeño círculo sobre la cabeza, el tapón de goma se mueve alrededor en un círculo horizontal en el extremo de una cuerda que pasa a través del tubo y encuyo otro extremo se atan varias pesas[1] que cuelgan del modo indicado en la figura. El peso que actúa sobre estas pesas, transmitida a lo largo de la cuerda, proporciona la fuerza horizontal necesaria para mantener el tapón moviéndose en un círculo. Esta fuerza horizontal se denomina fuerza centrípeta.
Con una sola pesa en el extremo de la cuerda, para evitar que el tapón salgadespedido girar éste sobre la cabeza, manteniendo la cuerda debajo del tubo. ¿Hay que aumentar la tracción sobre la cuerda cuando se incrementa la velocidad del tapón? ¿Qué sucede si se deja libre la cuerda?
Investigar ahora cuantitativamente la dependencia de la frecuencia de giro, el peso de las pesas, el radio y la masa del tapón. Determinar primero la forma en que la frecuencia dependedel peso de las pesas, manteniendo constante la masa y el radio.
Sacar la cuerda suficiente a través del tubo para que el tapón gire en un círculo de unos 100 cm. de radio. Colocar una pinza de cocodrilo en la cuerda, justamente debajo del tubo, para que actúe de índice, de tal modo que pueda conservarse el radio constante mientras gira el tapón. Colgar seis o más pesas del extremo dela cuerda.
Para determinar la frecuencia de giro, el compañero de prácticas debe hacer una medida del tiempo mientras gira el tapón y cuenta el número de revoluciones. Del tiempo y del número de vueltas se calcula la frecuencia f. Repetir la experiencia con mayor número de pesas.
Representar la frecuencia en función del peso de las pesas.

¿Qué dependencia existe entre lafrecuencia y la fuerza centrípeta cuando la masa que gira y el radio permanecen constantes?

Estudie ahora la dependencia entre la frecuencia y el radio cuando la masa y fuerza centrípeta permanecen constantes. ¿Existe un medio de hacerlo? ¿Qué relación existe entre la frecuencia, la fuerza centrípeta, el radio y la masa? Intente expresarlo en una única relación de proporcionalidad. Deduzca lasunidades de la constante de proporcionalidad e intente identificarla a través de la aplicación de la segunda ley de Newton al MCU. ¿Coinciden sus previsiones? En caso contrario, detalle las posibles causas que originan esta discrepancia.

Elaborado a partir de: PSSC, “Guía del laboratorio de física”, segunda edición, pág. 44 y 45, Ed. Reverté, Barcelona, España. 1969

Anexo I

Si a un péndulocomún que consta de una bola de masa m unida a una cuerda de masa despreciable de longitud L que se encuentra desplazado de la vertical se le imprime una velocidad v paralela al suelo , la bola describe una circunferencia mientras la cuerda se comporta como la generatriz de un cono.
La figura adjunta muestra en forma esquemática el dispositivo experimental.
Las ecuaciones que se escriben...