Industrial

Gira, gira el ventilador
Un experimento sobre la fuerza centrípeta

Mediante este experimento de física podrás determinar la fuerza centrípeta de un cuerpo que gira en movimiento circular uniforme, impulsado por el motor de un ventilador de techo. Te presentamos dos métodos para calcular dicha fuerza. En uno deberás medir distancias con una regla, en el otro contar vueltas.
Si utilizásambos métodos, no dejes de comparar los resultados obtenidos.
Fuerza centrípeta
En el movimiento circular uniforme, un cuerpo se mueve en una trayectoria circular a una velocidad de desplazamiento constante. Este movimiento es el que describe, por ejemplo, una piedra a la que hacemos girar atada a una soga. Si la hacemos girar más velozmente, debemos agarrar la soga con mayor fuerza para que no sedeslice de la mano permitiendo que la piedra se aleje y gire con un radio mayor. Da la sensación de que sobre la piedra actúa una fuerza "que la tira hacia afuera", que vulgarmente se conoce como "fuerza centrífuga". Sin embargo, esta "fuerza centrífuga" en realidad no existe, ya que sobre la piedra actúa una fuerza "que la tira hacia adentro", en la dirección de la soga. Ésta es la fuerzacentrípeta.

Un cuerpo de masa m en movimiento circular uniforme de velocidad v y fuerza centrípeta F.
¿Cómo se explica este aparente contrasentido? Recordemos que, por el principio de inercia, un cuerpo se mueve en línea recta y con velocidad constante cuando la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula. Cuando las fuerzas no se anulan, la fuerza resultante produce una aceleración,es decir, una variación de la velocidad. Como la velocidad es un vector, se la puede variar de dos maneras:
a. Modificando su magnitud o módulo (en el caso del vector velocidad, decimos que variamos su rapidez). Para hacerlo, la fuerza resultante debe tener la misma dirección que el vector velocidad.
b. Alterando la dirección del vector velocidad (cambia la trayectoria sin variar larapidez). En este caso, la fuerza resultante debe ser perpendicular al vector.
c. Una fuerza que tenga una dirección diferente de la velocidad, pero que no es perpendicular a la misma, modifica ambas: la rapidez y la dirección. En este caso, la fuerza puede ser considerada como la suma de dos fuerzas perpendiculares: una en la dirección del movimiento y otra en dirección perpendicular, según sudescomposición en un paralelogramo de fuerzas.
Entonces, para que un cuerpo describa un movimiento circular uniforme debe actuar una fuerza -la fuerza centrípeta- que actúe perpendicularmente en dirección al centro de rotación, desviando el cuerpo de su recorrido rectilíneo. La fuerza centrípeta (Fc) necesaria para producir este movimiento debe tener una magnitud que depende de la velocidad dedesplazamiento o rapidez (v), del radio de rotación (r) y de la masa del cuerpo (m):
Fc= m v2/ r
Si la velocidad es mayor o el radio de rotación es menor, la fuerza centrípeta que mantiene el movimiento circular debe ser mayor. En el caso de que la fuerza hacia el centro sea insuficiente, entonces el cuerpo tenderá a alejarse, creando la sensación de que actúa una fuerza (centrífuga) haciaafuera.

Cuando la fuerza centrípeta F disminuye, el cuerpo se aleja y tiende a girar a mayor distancia del centro de rotación.

Si la fuerza centrípeta F desaparece, el cuerpo se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme.
Método 1. Un poco de trigonometría
Con este método vas a obtener la fuerza centrípeta de un cuerpo giratorio de masa conocida midiendo distancias con una regla. Parahacerlo necesitarás un aparato armado con un ventilador de techo.
Materiales
* Ventilador de techo con dispositivo para variar la velocidad.
* Varilla de madera de aproximadamente 50 cm de largo.
* Soporte para que el motor quede apoyado sobre una mesa con su eje vertical hacia arriba.
* Pesa de masa conocida (de 20 a 50 gramos) atada a un hilo de aproximadamente 20 cm de largo...