Fuerza Cetrífuga

Lumen VI (26) 31-37, Zaragoza (E), Enero-Febrero 1997

Acerca de la (in)existencia de la "fuerza centrífuga"
José Luis Giordano Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluídos Centro Politécnico Superior; Universidad de Zaragoza E - 50 015 Zaragoza / España

1. El problema del globo En una publicación anterior, [1] se plantea el problema de determinar hacia dónde (izquierda oderecha) se moverá un globo de helio que está flotando dentro de un auto (bien cerrado) mientras éste realiza una curva hacia la derecha. Este problema llama la atención sobre un fenómeno por el cual el globo se desplazaría hacia el mismo lado hacia el que gira el auto. En la solución (dada en la pág. 43 de [1]), se puede leer: «Al tomar la curva el coche todos los objetos que van dentro de élsufren una fuerza centrífuga» Para algún estudiante desprevenido, esta afirmación puede significar la reaparición de uno de los terribles fantasmas con el que los profesores de Física deben luchar en los primeros cursos de la Universidad: la fuerza centrífuga. Sin embargo, no debería quedar ninguna duda de que cuando un observador describe el movimiento de rotación de autos, piedras, tubos de ensayo,satélites y cualquier otro cuerpo puesto a girar, no existe ninguna fuerza centrífuga (i.e., que tienda a alejar al cuerpo radialmente). Como se muestra en las ecuaciones que describen el movimiento de los cuerpos en rotación, desde un sistema de referencia no acelerado o "inercial" (brevemente, "SI"), éstos rotan porque existe una fuerza sobre ellos que, cambiando su velocidad en cada instante,los atrae hacia el centro de rotación, por lo que se la denomina fuerza centrípeta. El "observador inercial", el que sin rotar observa la rotación, analiza el problema y explica lo que sucede en relación a su SI, desde donde no hace falta inventar ninguna fuerza centrífuga; para él es suficiente aplicar la Segunda Ley de Newton ƒ = ma (fuerza = masa aceleración) donde la fuerza centrípeta es laúnica fuerza responsable de la rotación. El problema del globo (Figura 1) se puede resolver desde un SI diciendo que como el auto gira hacia la derecha (por la fuerza centrípeta F que el camino ejerce sobre el auto a través de las ruedas, el eje, etc.), el aire en el interior se comprime hacia la izquierda (por

la acción de la fuerza centrípeta que el auto ejerce sobre la masa de aire). Entonces,debido a la variación de presión de aire a lo ancho del interior del auto, aparece sobre el globo (que contiene helio, un gas menos denso) una fuerza E de "empuje" o de Arquímedes, que tenderá a desplazarle hacia la derecha [2] (Si el gas del globo fuese más denso que el aire, ganaría la inercia, siguiendo el globo hacia la izquierda, análogamente al caso en el que el peso le gana al empuje cuandoun cuerpo más denso se hunde en el agua.)

A continuación, se describe el movimiento de rotación en 3 casos familiares [3] (En todo momento, para simplificar la exposición, se ignorarán las fuerzas responsables del arrastre inicial de los cuerpos, rozamiento con el aire, rotación terrestre y demás detalles que -en estos ejemplos- sean secundarios en relación al tema que nos interesa.)

2.Ejemplos (¿o contraejemplos?) Imagínese una discusión entre dos personas A y B. La persona A es un observador no acelerado, que describe lo que ve desde un SI, mientras que B, que tampoco está acelerado, insiste en la necesidad de hablar de una fuerza centrífuga en su descripción del movimiento de los cuerpos en rotación. Como primer ejemplo, considérese un instante en el que un auto y todos losobjetos en su interior se mueven con velocidad constante, cuando súbitamente, el auto comienza a girar. El observador B afirma: «Cuando un auto toma una curva, los objetos interiores sufren una fuerza centrífuga» (es decir, sobre los objetos interiores existe -según B- una fuerza radial que tiende a alejarles del centro de rotación.)

Al contrario, A interpreta la situación de otro modo: «Eso no...