Forza centrífuga

Na mecánica clásica, a forza centrífuga é unha forza ficticia que aparece cando se describe o movemento dun corpo nun sistema de referencia en rotación ou, equivalentemente, a forza aparente que percibe un observador non inercial que se encontra nun sistema de referencia xiratorio.

O cualificativo de "centrífuga" significa que "foxe do centro". En efecto, un observador non inercial situado sobre unha plataforma xiratoria sente que existe unha "forza" que actúa sobre el, que lle impide permanecer en repouso sobre a plataforma a menos que el mesmo realice outra forza dirixida cara ao eixe de rotación. Así, aparentemente, a forza centrífuga tende a afastar os obxectos do eixe de rotación.

En xeral, a forza centrífuga asociada a unha partícula de masa $m\,$ nun sistema de referencia en rotación cunha velocidade angular ${\vec {\mathbf {\omega } }}\,$ e nunha posición ${\vec {\mathbf {r} }}\,$ respecto do eixe de rotación exprésase:

${\vec {\mathbf {F} }}_{\text{cf}}=-m{\vec {\boldsymbol {\omega }}}\times ({\vec {\boldsymbol {\omega }}}\times {\vec {\mathbf {r} }})$

Polo tanto, o módulo desta forza exprésase:

$\mid {\vec {\mathbf {F} }}_{\text{cf}}\mid =m{\boldsymbol {\omega }}^{2}\mathbf {r}$

Forza centrípeta contra forza centrífuga

Forza centrípeta é toda forza ou compoñente de forza dirixida cara ao centro de curvatura da traxectoria dunha partícula. Así, no caso do movemento circular uniforme, a forza centrípeta está dirixida cara ao centro da traxectoria circular e é necesaria para producir o cambio de dirección da velocidade da partícula. Se sobre a partícula non actuase ningunha forza, moveríase en liña recta con velocidade constante.

A forza centrífuga non é unha forza no sentido usual da palabra, senón que é unha forza ficticia que aparece nos sistemas referenciais non inerciais. É dicir, a forza aparente que un observador non inercial parece percibir como resultado da non inercialidade do seu sistema de referencia.

Así, por exemplo, se un corpo está xirando ao redor dun centro de forzas fixo, a única forza real que actúa sobre o corpo é a forza de atracción cara ao centro da traxectoria (forza centrípeta) necesaria, desde o punto de vista dun observador estacionario (inercial, [X,Y,Z]) para que o corpo poida describir unha traxectoria curvilínea. Dita forza real, $\mathbf {F} _{\text{cp}}\,$ , proporciona a aceleración centrípeta característica de todo movemento curvilíneo.

Porén, un observador situado nun referencial no cal o corpo estea en repouso (referencial en rotación [x,y,z] e, por tanto, non inercial) observará que o corpo non presenta aceleración ningunha na dirección da forza aplicada $\mathbf {F} _{\text{cp}}\,$ . Para reconciliar este resultado co requirimento de que a forza neta que actúa sobre o corpo sexa nula, o observador imaxina a existencia dunha forza igual e de sentido oposto á forza centrípeta; isto é, postula a existencia dunha forza centrífuga, $\mathbf {F} _{\text{cf}}\,$ que non ten existencia real e que só resulta útil ao observador non inercial para poder escribir a segunda lei de Newton na forma usual.

Poñamos outro exemplo para aclarar o concepto. Imaxinemos un pasaxeiro nun automóbil que toma unha curva pechada cara á esquerda cunha certa velocidade. A inercia asociada á masa do pasaxeiro oponse a calquera cambio de dirección do movemento deste, impeléndoo a continuar a súa inicial traxectoria rectilínea. Posto que o automóbil vira cara á esquerda, o pasaxeiro séntese desprazado cara á porta situada á súa dereita. Unha vez que o pasaxeiro establece contacto coa porta, esta exercerá sobre o pasaxeiro a forza centrípeta necesaria para que, ao igual que o automóbil, poida virar cara á esquerda. O rozamento entre o asento e os pantalóns do pasaxeiro tamén contribúe a contrarrestar o efecto centrífugo e, se a virada se produce a baixa velocidade, pode ser suficiente para impedir que o pasaxeiro esvare sobre o asento e proporcionar a forza centrípeta necesaria para a viraxe.

Confusión sobre o termo

O carácter ficticio ou falso da forza centrífuga pode dar lugar a certa confusión na súa interpretación, sobre todo cando se confunde coa reacción da forza centrípeta, en virtude da terceira Lei de Newton ou Principio de acción-reacción, esquecendo que esta reacción non actúa sobre o corpo senón que se exerce polo corpo.

Actualmente téndese a restar importancia á forza centrífuga cando se ensina o movemento circular; no seu lugar reálzase a importancia da forza centrípeta, dado que é a forza real e responsábel de manter o movemento circular e de proporcionar a aceleración centrípeta.

Porén, cando resulta inevitábel describir o movemento nun sistema de referencia en rotación, tal como cando se describe o movemento dun proxectil de longo alcance respecto da superficie terrestre, resultará inevitábel referirse á forza centrífuga e a outras forzas ficticias, tal como a forza de Coriolis.

Véxase tamén

Bibliografía

Marion, Jerry B. (1996): Dinámica clásica de las partículas y sistemas. Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4094-8
Ortega, Manuel R. (1989-2006): Lecciones de Física (4 volumes). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7
Resnick, Robert & Halliday, David (2004): Física 4ª. México: CECSA ISBN 970-24-0257-3
Serway, Raymond A. & Jewett, John W.(2004): Physics for Scientists and Engineers, 6ª ed. Brooks/Cole ISBN 0-534-40842-7

Outros artigos

Centrifugadora.
Forza.

Ligazóns externas

Dinámica do movemento circular (en castelán).
NASA: A forza centrífuga (en castelán).
Ángel Franco García. Curso Interactivo de Física en Internet (en castelán).