Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Movimiento circular no uniforme


En el campo de la mecánica clásica, el movimiento se puede clasificar en diferentes tipos según el camino recorrido por el objeto. El movimiento circular es uno de esos tipos donde un objeto se mueve en un camino circular. Puede dividirse en movimiento circular uniforme, donde la velocidad permanece constante, y movimiento circular no uniforme, donde la velocidad cambia a medida que el objeto se mueve alrededor de un círculo.

El movimiento circular no uniforme es un concepto fascinante ya que involucra tanto componentes radiales como tangenciales de aceleración. Comprender estos componentes es importante para una comprensión completa de la física. En esta explicación detallada, analizaremos el movimiento circular no uniforme, descubriremos sus matices y exploraremos los principios que lo rigen.

Definición de movimiento circular no uniforme

El movimiento circular no uniforme ocurre cuando un objeto se mueve a lo largo de un camino circular con velocidad variable. Esto significa que el camino del objeto es inicialmente predecible, pero la velocidad varía en diferentes puntos a lo largo del camino. Para entender esto más, desglosamos los componentes del movimiento:

Aceleración tangencial y radial

Existen dos aceleraciones principales en cualquier movimiento circular:

  • Aceleración tangencial ((a_t)): Este componente de la aceleración actúa en la dirección de la tangente al círculo en el punto de ubicación del objeto. Es responsable de cambiar la velocidad del objeto en un camino circular. Si un objeto acelera o desacelera, es la aceleración tangencial la que causa este cambio.
  • Aceleración radial (centrípeta) ((a_r)): Este componente siempre apunta hacia el centro del círculo. Es responsable de cambiar la dirección de la velocidad del objeto, pero no su velocidad. La aceleración radial asegura que el objeto continúe moviéndose en un camino circular.
a = √(a_t^2 + a_r^2)

Aquí, ( a ) es la aceleración neta del objeto, que es la suma vectorial de la aceleración tangencial y radial.

Ecuaciones del movimiento

Para entender la mecánica del movimiento circular no uniforme con más profundidad, necesitamos considerar las siguientes ecuaciones fundamentales:

  • La aceleración tangencial, ( a_t ), se puede describir como la tasa de cambio de la velocidad tangencial, ( v_t ):
    a_t = frac{dv_t}{dt}
  • La aceleración radial, ( a_r ), se da por:
    a_r = frac{v_t^2}{r}
    Donde ( r ) es el radio del camino circular.

Ejemplo visual

A_R But

En la ilustración anterior:

  • La línea azul representa el radio y la dirección de la aceleración radial ((a_r)).
  • La línea roja muestra la dirección de la aceleración tangencial ((a_t)).
  • Las flechas verdes apuntan a la dirección de la aceleración correspondiente.

El concepto de velocidad angular y aceleración angular

La velocidad angular ((omega)) se refiere a la rapidez con que un objeto se mueve alrededor de un círculo y está relacionada con la velocidad tangencial de la siguiente manera:

v_t = omega r
Donde ( r ) es el radio del círculo.

La aceleración angular ((alpha)) es la tasa de cambio de la velocidad angular:

alpha = frac{domega}{dt}
Es análoga a la aceleración tangencial en el movimiento lineal.

Relación entre cantidades lineales y angulares

Dado que el movimiento circular involucra tanto variables lineales como angulares, es esencial entender cómo están relacionadas:

  • La velocidad tangencial y la velocidad angular están relacionadas de la siguiente manera:
    v_t = omega r
  • La aceleración tangencial está relacionada con la aceleración angular como sigue:
    a_t = alpha r

Ejemplo: Un coche acelerando en una pista circular

Imagina un coche que viaja en una pista circular con velocidad creciente. Este escenario es un ejemplo clásico de movimiento circular no uniforme. A medida que el coche acelera, entran en juego tanto los componentes tangencial como radial de la aceleración.

Analicemos:

  • Supongamos que la velocidad del coche está aumentando a un ritmo constante. Esto significa que el coche tiene una aceleración tangencial constante.
  • Además, a medida que la velocidad del coche aumenta, la aceleración radial también aumenta porque es proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial.

Cálculo de fuerzas en el movimiento circular no uniforme

Un objeto en movimiento circular experimenta fuerzas debido a la aceleración radial y tangencial:

  • Fuerza radial (centrípeta), (F_r):
    F_r = m a_r = frac{mv_t^2}{r}
    Donde ( m ) es la masa del objeto.
  • Fuerza tangencial, (F_t):
    F_t = m a_t

Ejemplo: Un péndulo oscilante

Considera un péndulo simple que oscila hacia adelante y hacia atrás. A medida que se mueve a lo largo de su camino, exhibe movimiento circular no uniforme:

  • A medida que el péndulo alcanza el punto más bajo de su oscilación, empieza a moverse a la mayor velocidad debido a la aceleración gravitacional.
  • A medida que se mueve hacia arriba, desacelera, lo que muestra un cambio en la velocidad tangencial (por lo tanto, en la aceleración tangencial).
  • Hay aceleración radial a lo largo de su camino, apuntando hacia el eje del péndulo.

Consideraciones energéticas

En el movimiento circular no uniforme, la energía cinética y potencial se transforman de una forma a otra, pero la energía mecánica total en un sistema aislado permanece constante en ausencia de fuerzas no conservativas.

La energía cinética ((KE)) depende de la velocidad tangencial:

KE = frac{1}{2}mv_t^2

Energía potencial en caso de movimiento circular vertical

En el movimiento vertical, la energía potencial ((PE)) debido a la gravedad también realiza trabajo:

PE = mgh

La conservación de la energía juega un papel importante en escenarios como un péndulo oscilante o una montaña rusa, que transitan entre energía potencial y cinética a medida que pasan por diferentes alturas.

Resumen

El movimiento circular no uniforme es una rama de la física que combina intrincadamente la cinemática y la dinámica rotacional. A diferencia del movimiento circular uniforme, captura la velocidad cambiante de un objeto a medida que se mueve a lo largo de un camino circular. A través de esta investigación de los componentes tangenciales y radiales, obtenemos una comprensión más profunda de la dinámica involucrada en el movimiento circular.

Armados con el conocimiento de las ecuaciones, fuerzas, consideraciones energéticas y ejemplos del mundo real, uno puede apreciar las complejidades y aplicaciones del movimiento circular no uniforme en escenarios tanto teóricos como prácticos.


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