En este post se explica qué es la fuerza tangencial en física. Así pues, encontrarás el significado de la fuerza tangencial, cómo calcular la fuerza tangencial y un ejercicio resuelto.
Índice
¿Qué es la fuerza tangencial?
La fuerza tangencial es una fuerza que actúa sobre un cuerpo que describe un movimiento circular no uniforme. En concreto, la fuerza tangencial es tangente a la trayectoria circular del cuerpo y es la fuerza causante de que el cuerpo cambie el módulo de su velocidad.
Por lo tanto, la fuerza tangencial es la fuerza que modifica la velocidad tangencial de un cuerpo que describe una trayectoria circular.
Por ejemplo, si un cuerpo móvil hace un movimiento circular y la fuerza tangencial que actúa sobre él es positiva, la velocidad tangencial del cuerpo móvil será cada vez mayor, lo que significa que el móvil girará cada vez más rápido.
Como puedes ver en la imagen anterior, fuerza tangencial (Ft) es tangente a la trayectoria del cuerpo que realiza el movimiento circular. Por otro lado, la fuerza centrípeta (Fc) es perpendicular a la fuerza tangencial y apunta hacia el centro de la trayectoria circular. Más abajo veremos cuáles son las diferencias entre la fuerza tangencial y la fuerza centrípeta.
Ten en cuenta que la fuerza tangencial es nula en un MCU, ya que la velocidad angular en estos casos es constante y, por tanto, la velocidad tangencial no cambia de valor.
Fórmula de la fuerza tangencial
La fuerza tangencial es igual a la masa del cuerpo móvil por la aceleración tangencial. La fuerza tangencial también se puede calcular multiplicando la masa del cuerpo por la aceleración angular por el radio de la trayectoria circular.
De modo que la fórmula de la fuerza tangencial es la siguiente:
Donde:
es la fuerza tangencial.
es la masa del cuerpo móvil que describe un movimiento circular.
es la aceleración tangencial (o aceleración lineal).
es la variación de la velocidad tangencial (o velocidad lineal).
es la variación del tiempo.
es la aceleración angular.
es el radio de la trayectoria del movimiento circular.
El valor de la fuerza tangencial se debe interpretar de la siguiente manera:
- Ft>0: si la fuerza tangencial es positiva, significa que el módulo de la velocidad del móvil aumenta con el tiempo. Por lo tanto, el móvil describe un movimiento circular con aceleración angular positiva.
- Ft<0: si la fuerza tangencial es negativa, significa que el módulo de la velocidad del móvil disminuye con el tiempo. Por lo tanto, el móvil describe un movimiento circular con aceleración angular negativa.
- Ft=0: si la fuerza tangencial es igual a cero, significa que el módulo de la velocidad del móvil es constante. Por lo tanto, el móvil describe un movimiento circular uniforme (MCU).
Ejemplo del cálculo de la fuerza tangencial
Una vez hemos visto la definición de la fuerza tangencial 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=7 kg describe un movimiento circular con una velocidad uniformemente acelerada. En el instante ti=2 s tiene una velocidad tangencial de 5 m/s y en el instante tf=6 s tiene una velocidad tangencial de 11 m/s. ¿Cuál es la fuerza tangencial que actúa sobre el móvil?
Para hallar la fuerza tangencial tenemos que aplicar la fórmula vista en el apartado anterior:
En este caso, el problema ya nos proporciona todos los datos necesarios, por lo que sustituimos los valores en la fórmula y calculamos la fuerza tangencial:
En conclusión, la fuerza tangencial provocará que la velocidad del cuerpo móvil vaya aumentando de manera uniforme, por lo que el cuerpo móvil hará un movimiento circular uniformemente acelerado (MCUA).
Fuerza tangencial y fuerza centrípeta
Para terminar, vamos a ver cuál es la diferencia entre la fuerza tangencial y la fuerza centrípeta, ya que son las dos fuerzas que aparecen en los movimientos circulares.
La fuerza centrípeta es la fuerza causante de que el cuerpo cambie de dirección en un movimiento circular. La fuerza centrípeta es una fuerza radial que aparece en los movimientos circulares y apunta hacia el centro de la trayectoria circular.
Por lo tanto, la diferencia entre la fuerza tangencial y la fuerza centrípeta es que la fuerza tangencial modifica el módulo de la velocidad del móvil que describe un movimiento circular, en cambio, la fuera centrípeta cambia la dirección de la velocidad del móvil.
Además, la fuerza centrípeta aparece en cualquier tipo de movimiento circular, ya que es la fuerza causante de que el móvil haga una trayectoria circular. No obstante, la fuerza tangencial es nula cuando el movimiento circular es uniforme, pues la velocidad del móvil es constante.
