Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

Grado 11 → Mecánica → Dinámica ↓


Movimiento circular y aceleración centrípeta


El movimiento circular es un concepto fundamental en física que describe el movimiento de un objeto a lo largo de la circunferencia de un círculo o a lo largo de una trayectoria circular. Es importante entender este concepto porque se aplica a muchos escenarios del mundo real, desde los planetas que orbitan el Sol hasta el funcionamiento de una lavadora. El concepto de aceleración centrípeta es fundamental para entender el movimiento circular.

Fundamentos del movimiento circular

Cuando un objeto viaja en un círculo, cambia constantemente de dirección. Aunque el objeto se mueve a una velocidad constante, su velocidad sigue cambiando porque la velocidad incluye tanto la rapidez como la dirección. Este cambio constante en la dirección significa que el objeto está acelerando, aunque su rapidez permanezca constante.

Considera un ejemplo sencillo: estás sosteniendo una cuerda unida a una pelota y haciendo girar la pelota en un círculo. La pelota se mueve a lo largo de una trayectoria circular a velocidad constante, pero su vector de velocidad está cambiando constantemente de dirección. Esto requiere una fuerza conocida como fuerza centrípeta que actúa hacia adentro hacia el centro del círculo.

Fuerza y aceleración centrípeta

La fuerza centrípeta es la fuerza interna requerida para mover un objeto en un círculo a velocidad constante. Sin esta fuerza, el objeto se movería en línea recta debido a la inercia. Para encontrar la magnitud de la fuerza centrípeta, usamos la siguiente fórmula:

F c = m * a c

Donde:

  • F c = fuerza centrípeta en newtons (N)
  • m = masa del objeto en kilogramos (en kg)
  • a c = aceleración centrípeta en metros por segundo al cuadrado (m/s²)

Fórmula de aceleración centrípeta

La aceleración centrípeta es experimentada por un objeto que se mueve en una trayectoria circular y está dirigida hacia el centro del círculo. Se puede calcular con la fórmula:

a c = v² / r

Donde:

  • a c = aceleración centrípeta
  • v = velocidad tangencial del objeto (m/s)
  • r = radio de la trayectoria circular (metros)

Esta relación nos dice que la aceleración es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad e inversamente proporcional al radio del círculo. Esto significa que cuanto más rápido se mueva el objeto o más cerrado sea el giro (menor radio), mayor será la aceleración.

Cálculo de ejemplo

Vamos a calcular la aceleración centrípeta de un coche que se mueve a una velocidad de 20 m/s a lo largo de una trayectoria circular con un radio de 50 m:

v = 20 m/s
r = 50 m
a c = v² / r = (20)² / 50 = 400 / 50 = 8 m/s²

Por lo tanto, la aceleración centrípeta del coche es de 8 m/s².

Visualización del movimiento circular

Supongamos que un objeto se mueve en un círculo. La línea radial desde el centro del círculo hasta el objeto se mueve junto con él. Visualicemos este movimiento para comprender mejor las fuerzas que actúan en él.

Hey P

En este diagrama:

  • El círculo representa la trayectoria del objeto.
  • El punto O es el centro del círculo.
  • El punto P es la posición del objeto en la trayectoria.
  • La línea OP es el radio a lo largo del cual actúa la fuerza centrípeta.

Comprensión de la fuerza centrípeta

La fuerza centrípeta puede provenir de diferentes fuentes, dependiendo de la situación:

  • Fuerza gravitacional: Actúa como la fuerza centrípeta para los planetas que giran alrededor del Sol.
  • Tensión: Cuando una pelota se hace girar en una cuerda, la tensión producida en la cuerda proporciona la fuerza centrípeta.
  • Fricción: Para un coche que gira en una superficie nivelada, la fricción entre los neumáticos y la carretera proporciona la fuerza centrípeta.

Ejemplos reales de movimiento circular

Veamos algunos ejemplos del mundo real y observemos cómo el movimiento circular juega un papel en nuestra vida diaria:

Ejemplo 1: Satélite en órbita

Los satélites orbitan la Tierra siguiendo una trayectoria casi circular. En este caso, la gravedad proporciona la fuerza centrípeta necesaria para mantener el satélite en su trayectoria. Usando las ecuaciones para la fuerza gravitacional, podemos predecir y controlar las órbitas satelitales.

Ejemplo 2: Montaña rusa

Las montañas rusas están diseñadas para ofrecer a los pasajeros la emocionante experiencia del movimiento circular. Cuando los coches de la montaña rusa atraviesan el lazo, sentimos una fuerza que empuja contra nuestros asientos, que es el resultado de la fuerza centrípeta actuando sobre nosotros. Los diseñadores deben calcular cuidadosamente estas fuerzas para garantizar la seguridad y comodidad de los pasajeros.

Conclusión

El movimiento circular se aplica a muchos campos, incluyendo la ingeniería, la física y la vida cotidiana. Comprender la dinámica del movimiento circular y el papel de la aceleración centrípeta es importante para analizar sistemas donde la rotación o la órbita están involucradas. Al dominar estos conceptos, los estudiantes pueden comprender mejor los fenómenos naturales y diseñar sistemas mecánicos eficientes.


Grado 11 → 1.2.5


U
username
0%
completado en Grado 11

← Anterior (1.2.4)
Fricción estática y cinética
Siguiente (1.2.6) →
Movimiento circular no uniforme

Comentarios 



Movimiento circular y aceleración centrípeta

https://www.physicsflow.com/g11/1.2.5?pfal=es