En este artículo se explica qué es la fuerza centrípeta en física. Así pues, encontrarás el significado de la fuerza centrípeta, cómo calcular la fuerza centrípeta y, además, un ejercicio resuelto paso a paso.
Índice
¿Qué es la fuerza centrípeta?
La fuerza centrípeta es una fuerza que actúa sobre un cuerpo que describe un movimiento circular. En concreto, la fuerza centrípeta es la fuerza causante de que el cuerpo cambie de dirección y, por tanto, de que haga una trayectoria circular. Así que la fuerza centrípeta solo aparece en los movimientos circulares.
Por ejemplo, si atamos una pelota con una cuerda y la hacemos girar alrededor de un eje a velocidad constante, la pelota sigue una trayectoria circular porque la cuerda ejerce sobre ella una fuerza centrípeta. Otro ejemplo de la fuerza centrípeta es la fuerza que mantiene en órbita a un satélite.
La principal característica de la fuerza centrípeta es que es perpendicular a la velocidad del cuerpo que describe el movimiento circular, la cual es tangente a la trayectoria circular. De manera que la fuerza centrípeta siempre apunta hacia el centro del movimiento circular.
Como puedes ver en la imagen anterior, la dirección de la fuerza centrípeta (Fc) es radial y su sentido es hacia el centro de la trayectoria circular. Por otro lado, la fuerza tangencial (Ft) es perpendicular a la fuerza centrípeta y también aparece en algunos tipos de movimientos circulares. Más abajo veremos cuáles son las diferencias entre la fuerza centrípeta y la fuerza tangencial.
Fórmula de la fuerza centrípeta
La fuerza centrípeta es igual a la masa del cuerpo por la aceleración centrípeta. Así que la fuerza centrípeta es equivalente a la masa del cuerpo por el cuadrado de la velocidad dividido por el radio. La fuerza centrípeta también se calcula multiplicando la masa por el cuadrado de la velocidad angular por el radio.
En definitiva, la fórmula para calcular la fuerza centrípeta es la siguiente:
Donde:
es la aceleración centrípeta.
es la masa del cuerpo móvil que realiza el movimiento circular.
es la aceleración centrípeta (o aceleración normal).
es la velocidad tangencial (o velocidad lineal).
es el radio de la trayectoria del movimiento circular.
es la velocidad angular.
Ten en cuenta que la fuerza centrípeta siempre apunta hacia el centro de la trayectoria circular. Por lo tanto, el signo de la fuerza centrípeta será positivo o negativo dependiendo del sistema de referencia escogido.
Ejemplo del cálculo de la fuerza centrípeta
Ahora que ya sabemos la definición de la fuerza centrípeta y cuál es su fórmula, vamos a ver un ejemplo resuelto de cómo se calcula este tipo de fuerza.
- Un cuerpo móvil de masa m=8 kg describe un movimiento circular uniforme con una velocidad angular de 2 rad/s y un radio de curvatura de 3 m. ¿Cuál es la fuerza centrípeta que actúa sobre el cuerpo móvil?
Como el problema nos proporciona el valor de la velocidad angular del cuerpo, para hallar la fuerza centrípeta tenemos que usar la siguiente fórmula:
Así pues, sustituimos los datos en la fórmula y calculamos la fuerza centrípeta que actúa sobre el cuerpo que gira haciendo un movimiento circular uniforme:
Fuerza centrípeta y fuerza tangencial
En este apartado veremos cuál es la diferencia entre la fuerza centrípeta y la fuerza tangencial, pues son los dos tipos de fuerzas principales que aparecen en un movimiento circular variado.
La fuerza tangencial es una fuerza que actúa sobre un cuerpo que describe un movimiento circular no uniforme y es tangencial a la trayectoria que sigue el cuerpo. La fuerza tangencial es la fuerza que causa que el cuerpo gire más rápido o más lento.
La diferencia entre la fuerza centrípeta y la fuerza tangencial es que la fuerza centrípeta causa un cambio en la dirección de la trayectoria del cuerpo móvil, en cambio, la fuerza tangencial causa un cambio en el módulo de la velocidad del cuerpo.
Además, la fuerza centrípeta apunta hacia el centro de la trayectoria circular, mientras que la fuerza tangencial es tangente a la trayectoria. Por lo tanto, la fuerza centrípeta y la fuerza tangencial son perpendiculares.
Ten en cuenta que la fuera centrípeta existe en cualquier tipo de movimiento circular, ya que sino el cuerpo móvil seguiría una trayectoria rectilínea. Sin embargo, la fuerza tangencial es nula en el movimiento circular uniforme porque la velocidad tangencial es constante.
Fuerza centrípeta y fuerza centrífuga
Para terminar, veremos cuál es la diferencia entre la fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga, pues son dos tipos de fuerzas diferentes que suelen confundirse.
La fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando se estudia el movimiento de un cuerpo desde un sistema de referencia que está en rotación.
Por lo tanto, la diferencia entre la fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga es que la fuerza centrípeta es una fuerza real que aparece cuando un cuerpo hace un movimiento circular, en cambio, la fuerza centrífuga es una fuerza ficticia que aparece cuando el sistema de referencia gira sobre un eje.
