Page 221 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

202 Capítulo 10 Movimiento circular uniforme

Centro de
curvatura

W = mg

(b) (c)
Figura 10.4 Fuerza centrípeta de fricción. Observe que no existe una fuerza hacia afuera sobre el automóvil.

Ejemplo 10.4 |f ¿Cuál es la máxima velocidad a la que, sin derrapar, un automóvil puede tomar una curva
cuyo radio es de 100 m, si el coeficiente de fricción estática es de 0.7?

Plan: En este ejemplo, la fricción estática genera la fuerza centrípeta necesaria para mante­
ner el movimiento circular. A medida que el auto aumenta la velocidad, la fuerza centrípeta
(fricción) será demasiado grande para contrarrestar la máxima fuerza de fricción estática y
en ese instante la fuerza centrípeta igualará a esta última. Por tanto, hay dos fórmulas que
pueden emplearse para calcular la misma fuerza:
mv2
fs, máx Y Fc
y puesto que F, = f smix, podemos escribir
mv2
— = ^ n (io.9)
Luego podemos aplicar la primera condición del equilibrio para determinar la fuerza nor­
mal y sustituir los datos que tenemos a fin de calcular la velocidad en el instante en que el
auto se derrapa.
Solución: Como las fuerzas verticales están en equilibrio, sabemos que
n = W = mg y fsmáx =

así que la ecuación (10.9) se transforma en
mv2 7
— = ¡ismg o v- = ¡xsgR

de donde
v = V^sgR (10.10)
Por último, se sustituyen los valores que tenemos de g, R y ¡is para determinar la máxima
rapidez
v = V(0.7)(9.8 m/s2)(100 m) = 26.2 m/s

o aproximadamente 94.3 km/h (58.6 mi/h).

Quizá parezca sorprendente que el peso del automóvil no participe en el cálculo de la
máxima rapidez. Nuestra propia experiencia contradice esta independencia respecto al peso.
Sin embargo, no debe confundimos la estabilidad de un automóvil con las condiciones para
que se derrape. La fuerza ejercida por la carretera sobre los neumáticos actúa en la parte
inferior de éstos, un punto considerablemente por debajo del centro de gravedad del auto.