Identificar la fuerza centrípeta para automóviles y satélites

aquí tenemos algo que muchos de ustedes han experimentado alguna vez este es un auto que está pasando por una curva con una rapidez constante sobre un camino plano no está inclinado como las pistas de carreras que es lo que hace que el auto siga la curva y no salga disparado en línea recta esto es un poco menos intuitivo porque no tenemos una cuerda atada al auto y que éste a su vez atada al centro del círculo que es lo que mantiene al auto en la trayectoria curva pausa en el vídeo y piensen en ello veamos las fuerzas que están actuando sobre el auto y de nuevo imaginemos que esto ocurre en el vacío por lo que no hay resistencia al aire aunque si hubiera resistencia al aire la fuerza que la equilibra es la fuerza de fricción aquí tenemos la fuerza de gravedad que jala el auto hacia abajo esta fuerza es contrarrestada por la fuerza normal ejercida por el camino sobre el auto pensándolo bien incluyamos la resistencia al aire sólo por diversión la resistencia al aire va a empujar al auto hacia atrás o hacia la dirección opuesta a la dirección de la velocidad del auto la denominamos efe aire y esta fuerza es equilibrada por la fuerza de fricción esto es algo poco intuitivo pero nos da una pista sobre la fuerza centrípeta la fuerza de fricción la denominamos efe mayúscula subíndice f y tiene la misma dirección que la del auto cómo funciona esto sí imagina en este auto sobre hielo las ruedas no tendrán tracción no importaría que tanto trabaje el motor ni qué tan rápido giren las ruedas el auto no podrá superar la resistencia al aire y el auto va a desacelerar estas no son todas las fuerzas que actúan sobre el auto en la dirección radial y que lo mantienen en movimiento en esta trayectoria circular la fuerza que falta es nuevamente la fuerza de fricción o mejor dicho otro componente de la fuerza de fricción esta fuerza ocurre cuando las llantas tocan el camino esta es la fuerza de fricción radial y es la que mantiene a este auto en la trayectoria circular en esta situación esta es la fuerza centrípeta veamos otro ejemplo pero sigamos con el tema de los autos aquí tenemos un camino con rizo vertical lo cual siempre es divertido y da algo de miedo a veces sueño que tengo que conducir mi auto en uno de estos rizos y la verdad es algo que me intimida bastante pero pensemos en qué le ocurre a este auto en diversos puntos del rizo cuál es la fuerza centrípeta que actúa sobre el auto en diferentes puntos primero veamos este punto de aquí de nuevo supongamos que esto está en un planeta por lo que está actuando la fuerza de gravedad también está la fuerza normal que voy a dibujar más grande ya que para que el auto se mantenga en este rizo vertical la fuerza neta hacia adentro debe ser mayor así que la fuerza normal es más grande en este caso la magnitud de la fuerza centrípeta es la fuerza radial interna que corresponde a la magnitud de la fuerza normal menos la magnitud de la fuerza de gravedad si esta fuerza neta no tuviera una dirección hacia adentro este auto no podría moverse en una ruta circular si esto fuera igual a cero el auto se movería en línea recta y si esto fuera negativo el auto se movería hacia abajo ahora veamos qué pasa en este punto de acá en este caso también podríamos incluir la resistencia al aire que tendría esta dirección y la fuerza de fricción la superaría en la dirección contraria pero vamos a enfocarnos solamente en las fuerzas que nos llevan centrípeta hacia adentro o hacia afuera de esta trayectoria circular en este otro punto seguimos teniendo la fuerza de gravedad pensándolo bien siempre si vamos a incluir la resistencia al aire y la fuerza de fricción en el punto de abajo dibujamos la resistencia al aire que está siendo superada por la fuerza de fricción ocasionada por la atracción de las ruedas sobre la pista regresando a este punto este vector es una combinación de la fuerza de gravedad más la resistencia al aire esta fuerza empuja hacia atrás al auto debido a la presión del aire esto es equilibrado por la fuerza de fricción entre las ruedas y la pista pero ninguna de estas fuerzas está actuando en la dirección centrípeta que fuerza actúa radialmente hacia adentro aquí tenemos la fuerza normal de esta pista esta pista es lo que mantiene a este auto en una trayectoria circular así que la fuerza radial hacia adentro es la fuerza normal la magnitud de la fuerza centrípeta es igual a la magnitud de la fuerza normal y coincide que son los mismos vectores ahora veamos este último punto cuando estamos en el punto más alto del rizo en el vídeo y traten de encontrar las fuerzas que están actuando aquí de nuevo podemos dibujar la resistencia al aire que trata de desacelerar este auto esta fuerza es contrarrestada por la fuerza de fricción pero qué pasa en la dirección vertical en dirección hacia abajo podemos tener varias fuerzas una de ellas es la fuerza de gravedad cuales otras fuerzas podemos tener suponiendo que el auto tiene la rapidez suficiente la pista también ejerce una fuerza sobre el auto con dirección hacia abajo así que esto es la fuerza de gravedad más la fuerza normal la magnitud de este vector es igual a la magnitud de la fuerza de gravedad más la magnitud de la fuerza normal esto es lo que proporciona la fuerza centrípeta lo escribimos también sucede lo mismo con los vectores de estas fuerzas si sumamos estos dos vectores tendremos el vector de la fuerza centrípeta que es lo que mantiene a este auto en esta trayectoria circular veamos un último escenario sólo por diversión aquí tenemos un planeta puede ser cualquiera y tiene un satélite en órbita lo dibujaré como nos conocemos en la tierra pero que podría ser un sat y te natural como la luna aquí no hay aire por lo que no hay resistencia al aire este satélite se mueve en una trayectoria circular uniforme alrededor de este planeta que es lo que evita que se mueva en línea recta pausa en el vídeo y piensen en ello aquí tenemos la fuerza de gravedad del planeta y quizá les llame la atención que aquí haya una fuerza de gravedad pues es posible que hayan visto imágenes de astronautas flotando cuando están en órbita bueno eso es porque están en caída libre pero la gravedad no es tan diferente cuando estamos a cientos de kilómetros por arriba de la superficie del planeta aquí no hay aire y si se está en órbita se está en una caída libre constante y es por eso que da la impresión de que no existe la gravedad pero es la gravedad lo que mantiene al satélite en órbita o en trayectoria circular alrededor del planeta y es lo que evita que el satélite salga disparado en línea recta hacia el espacio nos vemos en otro vídeo