Fcentripeta

Departamento de Física Laboratorio de Mecánica

FUERZA CENTRÍFUGA
1. Objetivos
El objetivo de esta práctica es la determinación de la fuerza centrífuga a que es sometido un objeto en trayectoria curvilínea en función de su masa, su velocidad angular y del radio de curvatura de la trayectoria.

2. Fundamentos teóricos
Se suele decir que la fuerza centrífuga no es en sí una fuerza real, enel sentido en que esté producida por algún agente real o por interacción alguna. Aparece cuando un cuerpo se mueve en una trayectoria curva, debido a la propiedad que tienen los cuerpos con masa (inercia) de conservar su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (1ª Ley de Newton). Según esto y siguiendo un ejemplo típico, cuando estamos viajando en un coche y tomamos una curva, sentimosuna fuerza que nos empuja hacia el exterior de la trayectoria. Si suponemos que el movimiento es circular, como se muestra en la figura 1, tenemos que en cada punto de la trayectoria las fuerzas sobre el móvil, en un sistema de referencia fijo a él, (y por lo tanto no inercial), son dos: la fuerza centrípeta, hacia el centro de la trayectoria, producida por el rozamiento de las ruedas con elsuelo (sobre el coche) y por ende ejercida por el coche sobre la persona que viaja en él, y la fuerza centrífuga, de igual módulo y dirección, pero sentido opuesto, que cancela a la primera y hace que el móvil (y la persona que va dentro de él) esté en reposo según dicho sistema de referencia. Esta fuerza se llama ficticia y de inercia, ya que no es producida por ningún agente real o por interaccióncon otro cuerpo. Es el resultado de estar observando un fenómeno en un sistema de referencia acelerado, no inercial.

Trayectoria del móvil

v

Fuerza centrípeta

Fuerza centrífuga (sólo en sist. de ref. del móvil)

Figura 1

1

En un sistema de referencia externo (inercial), la única fuerza que existe es la fuerza centrípeta, que es la que curva la trayectoria. Por lo tanto noexiste en este caso fuerza centrífuga. Esta fuerza la siente quien está dentro del coche en trayectoria curva, pero no un observador que esté fuera. En el sistema de referencia no inercial, la fuerza centrífuga que siente un objeto de masa m, moviéndose en una trayectoria circular de radio r y velocidad angular ω es:

v2 Fc = mω r = m r
2

[1]

Esta fuerza tendrá que estar compensada por lafuerza centrípeta, para que en dicho sistema el objeto esté en reposo. En nuestro caso, la fuerza centrípeta la aportará un hilo de sujeción, que a su vez estará unido mediante una polea a un muelle, a modo de dinamómetro, con el que directamente podremos leer dicha fuerza.

3. Para saber más...
En internet http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/circular1/circular1.htmhttp://www.smf.mx/boletin/2005/Oct-05/Diverticiencia.html http://www.phy6.org/stargaze/Mframes3.htm

4. Material

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2 7

9

5 4 3

10 11 8 1

Figura 2: Esquema del montaje experimental

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1. Dispositivo rotatorio. 2. Carrito. 3. Motor, 220 V AC. 4. Correa de transmisión. 5. Hilo. 6. Dinamómetro, 2 N. 7. Pesas de 10 y 50 g. 8. Célula fotoeléctrica con contador. 9. Fuente de alimentación 5 V DC/0.3 A.10. Cables de conexión. 11. Accesorios para la sujeción de los diferentes elementos. 5. Método experimental El dispositivo experimental se muestra en la figura 2. El puntero rojo del carrito debe estar alineado con la varilla de sujeción de las pesas, que coincide con el centro de gravedad del sistema. De esta manera nos estará indicando la distancia desde el eje de giro al centro de gravedad delcarrito. En el extremo del dispositivo rotatorio hay colocada otra varilla a modo de prolongación horizontal, que será la encargada de hacer de trigger en la barrera fotoeléctrica para medir los periodos. Para medir la duración de un periodo completo hay que utilizar el modo “ ” (ver figura 3).

Figura 3: Barrera fotoeléctrica

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Un detalle a tener en cuenta es que al variar la velocidad...