Ideas intuitivas sobre la fuerza centrípeta y la aceleración

digamos que estamos observando un objeto que está dando vueltas en el espacio viajando en una ruta circular vamos a dibujar aquí más o menos cada uno de los vectores velocidad durante el recorrido de este objeto que están dando vueltas entonces quiero hacer énfasis aunque el dibujo no sea muy preciso que las magnitudes de todos estos vectores son las mismas no cambian lo que está cambiando es la dirección de esta de esta ruta lo que quiero hacer es reflexionar sobre qué es lo que se necesita aunque el tipo de fuerza tiene que intervenir para que cambie la dirección de vector velocidad recordemos que si no tuviéramos una fuerza actuando según la primera ley del movimiento de newton la velocidad no cambiaría ni en su magnitud ni en su dirección si no hubiera una fuerza actuando sobre este objeto continuaría moviéndose en la misma dirección no girar ya así que vamos a pensar cuál sería la dirección de dicha fuerza y voy a dibujar estos vectores para saber cuál es el cambio en la dirección entre uno y otro voy a tratar de dibujarlos lo más parecido más o menos esté aquí ahora lo que van a tener ambos estos vectores es que van a estar con el mismo origen recuerden que siendo vectores podemos cambiar o ponerlos en cualquier lugar siempre conserva en la dirección y la posición no me quedaron muy bien siempre que conserven la dirección y la posición va a ser el mismo vector así que no importa si los agrupó todos juntos más o menos ahí está bueno está muy prolijo el dibujo pero digamos que así vamos a tener que trabajar entonces analicemos este vector con el siguiente el cambio en la dirección no nos va a dar este vector este entonces digamos que desde el punto de vista del objeto que estamos viendo este es el primer cambio de la dirección del vector velocidad entonces es cambio está este triangulito significa delta y significa cambio de velocidad si yo dibujara este vector en este círculo este vector que va a dibujar sería más o menos el cambio de dirección iría por acá más o menos del tav el delta de ahora si yo reviso el cambio de dirección entre este vector y este otro será algo similar aunque bueno aquí las magnitudes de mis cambios están un poco buenas más tanto a la escala o en la proporción que debería ser y este es otro cambio en la dirección de la velocidad si lo graficó aquí será más o menos así y también de aquí acá si hago la diferencia en velocidad sería acá si lo dibujo más o menos va a ser algo así y ahora bueno ya vemos los cambios de dirección esta sería la fuerza o lo que nos ocasiona que este vector velocidad cambie su dirección sí cual tengamos redibujó dibujando estos cambios de velocidad que veríamos qué patrón se está notando aquí bueno pues pareciera de entrada que al menos todos estos elementos estos cambios en la velocidad son perpendiculares al vector velocidad original es decir tienen aquí un ángulo de 90 grados con respecto a la velocidad que traía aquí se nota el ángulo también de 90 grados y pareciera que todos estos vectores se están dirigiendo hacia un lugar en particular hacia un centro como si esto fuera un círculo y aquí tuviéramos un centro centro y sabemos por la primera ley de newton que si la velocidad está cambiando aunque la magnitud sea la misma si si la velocidad cambia ya sea en magnitud o dirección o en ambas entonces existe una fuerza neta que está actuando sobre el objeto y esta fuerza neta que está actuando en la dirección de la aceleración es lo que está cocinando este cambio de dirección esta fuerza parecida que está jalando el objeto a este centro y por eso se llama esta fuerza fuerza centrípeta no confundir con fuerza centrífuga que es muy diferente entonces es la fuerza / zeta centrípeta esto significa esta fuerza se entre esta parte de la palabra centre pues bueno significa el centro y peta es algo así como buscar busca entonces una fuerza que busca al ir al centro o busca el centro entonces lo podemos poner cómodo fuerza qué / e comillas busca busca al centro porque toda esta fuerza se está dirigiendo hacia un mismo punto entonces por eso s entry peta así es que nos vamos a acordar de esta palabra curiosa el objetivo de hacer todo esto fue que porque para mí no quedaba claro el que si tenemos un objeto que se está moviendo en un círculo el cambio de velocidad o la aceleración actual de nuestro objeto tenía que estar centrada o tener un centro o dirigirse a un centro es por eso que dibuje estos vectores y los puse de este de esta forma o de este tornado graficando su diferencia para mostrar que el cambio en la velocidad se dirige al centro una vez aclarado esto ustedes se pueden preguntar en donde ocurre esto en la vida real bueno uno de los ejemplos más típicos y que creo yo al menos todos hemos usado de niños es el yoyo si imaginas si ustedes tienen un yoyo más o menos así y lo amarran o lo atan con una cuerda y se ponen a girar con su mano tienen agarrada esta cuerda y se ponen a darle vueltas al yo yo pues bueno que va a ocurrir o qué es lo que han visto qué ocurre pues en el yoyo se pone a girar en círculos va a estar dando vueltas la magnitud de la velocidad puede ser constante pero la dirección de la velocidad va a estar cambiando constantemente yendo en círculo y esto lo ocasiona la mano de ustedes que sostiene este el cordón que está jalando el yoyo hacia el centro otro ejemplo es cuando tenemos y objetos en órbita de la tierra por ejemplo imaginamos que esta es la superficie de la tierra y por acá tenemos un satélite de comunicaciones entonces este objeto va a estar dando vueltas a la tierra pero aunque su velocidad va a mantenerse constante la dirección va a cambiar va a mantener una línea bueno no una línea va a ser una curva una órbita va a estar en órbita pero va a haber una fuerza que está actuando sobre este objeto y está evitando que se salga o se vaya lejos de la tierra esto es el tirón gravitatorio que va a jalar esto o intentar mantener esto dirigido hacia el centro de la tierra y tenemos otro ejemplo aún más cotidiano en el que la mayoría o muchos de nosotros hemos tenido la experiencia de viajar en auto entonces imaginen este es un un auto visto desde arriba medio extraño pero aquí están sus llantas y imagínense que este auto está dando vueltas o está o está digamos que es un auto de carreras y está en una pista de carreras y puede estar girando alrededor de esta pista eso es algo muy interesante ya que para muchos como las acometidas comentaba este es una experiencia muy común y podemos ver en el edo metro o lo que mide la velocidad en el auto que este auto puede ir a una velocidad constante pero está viajando en círculo no hay una cuerda que esté jalando del vehículo hacia centro y no existe una mágica gravedad que atraiga este vehículo y lo haga moverse del lado obviamente está la gravedad que lo mantiene en el suelo pero no que lo esté haciendo moverse del lado qué es lo que causa entonces que este auto pueda dar la vuelta en su lugar de seguir derecho si no hubiera otra fuerza bueno pueden detener el vídeo y pensar en ello un momento y si no pues aquí les voy a decir lo que ocasiona esto es de hecho la fuerza de fricción entre la sientes y el camino y una buena demostración de que esto es cierto es que si ustedes quitan la fricción en el camino es y si tienen el auto sobre aceite o sobre el hielo el auto no va a dar la vuelta aunque ustedes giren las llantas para que dé la vuelta el auto va a seguir la dirección del movimiento