Page 216 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

10.2 Aceleración centrípeta
197
En los capítulos anteriores hemos considerado principalmente el movimiento rectilíneo. Ello
basta para describir y aplicar la mayor parte de los conceptos técnicos. Sin embargo, en gene­
ral, los cuerpos de la naturaleza se mueven en trayectorias curvas. Los proyectiles de artillería
se desplazan siguiendo trayectorias parabólicas debido a la influencia del campo gravitacio-
nal terrestre. Los planetas giran alrededor del Sol en trayectorias casi circulares. En el nivel
atómico, los electrones giran alrededor del núcleo de los átomos. En realidad, es difícil ima­
ginar un fenómeno físico que no suponga el movimiento al menos en dos dimensiones.
Movimiento en una trayectoria circular
La primera ley de Newton dice que todos los cuerpos que se mueven en línea recta con rapi­
dez constante mantendrán inalterada su velocidad a menos que actúe sobre ellos una fuerza
externa. La velocidad de un cuerpo es una cantidad vectorial definida por su rapidez y su
dirección. Igual que se requiere una fuerza resultante para cambiar su rapidez, hay que aplicar
una fuerza resultante para cambiar su dirección. Siempre que esa fuerza actúa en una direc­
ción diferente de la dirección original del movimiento, ocasiona un cambio en la trayectoria
de la partícula en movimiento.
El movimiento más sencillo en dos dimensiones se produce cuando una fuerza externa
constante actúa siempre formando ángulos rectos respecto a la trayectoria de la partícula en
movimiento. En este caso, la fuerza resultante producirá una aceleración que sólo cambia la
dirección del movimiento y mantiene la rapidez constante. Este tipo de movimiento sencillo
se conoce como movimiento circular uniforme.
El m ovim iento circular uniform e es un m ovim iento en el que la rapidez no
cam bia, sólo hay un cam bio en la dirección.
Un ejemplo del movimiento circular uniforme consiste en dar vueltas en una trayectoria cir­
cular a una piedra atada a un cordel, como se ilustra en la figura 10.1. Mientras la piedra gira
con rapidez constante, la fuerza hacia el centro originada por la tensión en el cordel cambia
constantemente la dirección de la piedra, haciendo que ésta se mueva en una trayectoria circu­
lar. Si el cordel se rompiera, la piedra saldría disparada en una dirección tangencial, es decir,
perpendicular al radio de su trayectoria circular.
Figura 10.1 (a) La tensión hacia adentro que el cordel ejerce sobre la piedra hace que ésta se mueva en una
trayectoria circular, (b) Si el cordel se rompe, la piedra sale volando en dirección tangencial al círculo.
Aceleración centrípeta
La segunda ley del movimiento de Newton establece que una fuerza resultante debe producir
una aceleración en la dirección de la fuerza. En el movimiento circular uniforme, la acelera­
ción cambia la velocidad de una partícula que se mueve alterando su dirección.