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Etimología de CENTRÍFUGA

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CENTRÍFUGA

En mecánica la fuerza 'centrífuga' es la que aleja del centro. El adjetivo procede del latín científico 'centrifugus' compuesto de 'centrum', heredado del griego 'kentron' - κέντρον' (aguijón, punta del compás), y del elemento verbal latino sacado de 'fugere' (huir, alejarse).

- Gracias: Philippe Vicente


La fuerza centrífuga se produce cuando se obliga a un cuerpo a dar vueltas. Según la tercera ley de Newton, cada acción produce una reacción igual y opuesta (Ver reacción y física). Para que un cuerpo de vueltas, hay que aplicar una fuerza hacia el centro (llamada centrípeta), así el objeto hace una trayectoria curvada en vez de seguir derecho. La fuerza centrífuga es la fuerza en oposición a la fuerza centrípeta.

El experimento clásico, es amarrar una piedra con un cordel y tirar la piedra sosteniendo el otro extremo del cordel. La mano que sostiene el cordel es "centro" y el cordel ejerce la fuerza centrípeta. Si el cordel se corta, la piedra sale volando, fugándose de la mano. La fuerza que permite que la piedra salga volando es la fuerza centrífuga.


Un dato que pudiera ser sorprendente: La fuerza centrífuga es inexistente !!! Bueno, por lo menos no existe en los llamados sistemas inerciales que es donde se cumplen las leyes de Newton, ergo el principio de acción y reacción (3°ley de Newton) no se puede aplicar, todo depende de como se vea la situación para distintos observadores. Para aclarar este punto, ver el siguiente ejemplo:

Supongamos que en una habitación donde no hay referencias (ventanas, puertas, etc...) a las que nos referimos arbitrariamente como fijas para determinar un movimiento.
En la habitación hay dos sujetos, uno sentado en el centro de una tarima circular que gira a una velocidad angular "w" constante y que será el Observador 1 (O1); éste además sostiene una bola ubicada en el borde y apoyada sobre la tarima giratoria, la cual sostiene con una cuerda tensa para mantenerla en posición; y el otro observador está sentado en una silla fuera de la tarima, que será el O2.
Así O2 está en un "sistema inercial", para el cual se cumplen las leyes de Newton y observa los siguiente:

  1. Observa que la bola gira con velocidad angular constante y ello conlleva a una velocidad tangencial también constante (1-ley de Newton).
  2. Que el observador O1, debe ejercer una fuerza radial hacia el centro del disco, por ello es una fuerza centrípeta, por lo cual existe una aceleración centrípeta, necesaria para que la bola vaya siguiendo la trayectoria circular. F=m x ac donde:

    F = Fuerza
    m = masa
    ac = aceleración

  3. En el momento que la cuerda se "rompe", la bola sigue según una trayectoria tangente al disco con movimiento rectilíneo uniforme según la primera Ley de Newton, y la bola no se aleja para este observador en dirección del radio, por ello la fuerza centrífuga es inexistente.

Ahora para el observador O1, vé la situación de la siguiente manera (ya que él no sabe que está girando, pues no tiene referencias al respecto) y vé las cosas así

  1. é que la bola está a una distancia fija de él en todo momento, así la velocidad de la bola respecto a él es V=0
  2. Determina que en todo la bola está apoyada sobre la tarima, por lo tanto la componente vertical del peso de la bola, está contrarrestado por la reacción que ejerce la tarima sobre la misma.
  3. Qué él debe ejercer una fuerza sobre la cuerda para que la bola se mantenga en equilibro según una dirección radial horizontal, y esto va contra la segunda ley de Newton, pues al estar ejerciendo una fuerza, ésta debería acelerarse hacia él, sin embargo se mantiene estática. Esto es debido a que el observador O1 no se encuentra en un sistemas inerciales, el sistema del O1 es no inerciales pues no se verifican en él las leyes de Newton.
    A pesar de ello, el observador O1 podría aplicar las leyes de Newton, si supone la existencia de una fuerza igual y opuesta a la que ejerce él sobre la cuerda para que la bola se mantenga en equilibrio, a esta fuerza le llamamos FUERZA CENTRÍFUGA.
    4- Así al momento de romperse la cuerda, el O1 observará que la bola se aleja respecto de él en todo momento radialmente y no tangencialmente como lo observó O2.

El observador O2 que está en un sistema inercial (donde se cumplen las leyes de Newton), al cortarse la cuerda verá que la bola sigue con movimiento rectilíneo uniforme según una dirección tangencial al disco donde está sentado el observador O1. En cambio, para el observador O1, al romperse la cuerda, verá que la bola comienza simplemente alejarse de sí mismo en la misma dirección donde antes estaba tensada la cuerda.

Otra forma de ver las cosas, es por ejemplo la luna que se mueve prácticamente en una órbita circular con velocidad tangencial constante alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de gravedad, que seria la fuerza centrípeta. Si por un momento pudiéramos desconectar con un interruptor la fuerza gravitatoria, entonces un observador en el espacio (O2), vería que la luna saldría en una trayectoria tangencial a su órbita que está describiendo alrededor de la tierra. Pero, también suponiendo que la luna fuera un satélite geoestacionario, es decir que un observador en la tierra la vería permanentemente todo el tiempo, como si la tuviera atada con una cuerda (que sería la fuerza de gravedad), a la vez que no puede notar que la tierra gira sobre su eje, sino que para él la tierra estaría fija, como se creía por ej. en la antigüedad, sin tener en cuenta las referencias de las estrellas, etc..etc....En este caso el observador de la Tierra está en un sistema no inercial, puesto que según la 2° ley de Newton la luna debería acelerarse hacia el centro de la tierra debido a la fuerza de gravedad (tensión de la cuerda). Para equilibrar el sistema y aplicar Newton, se hace necesario para el observador terrestre, crear una Fuerza Centrípeta igual y opuesta a la fuerza de gravedad para mantener el equilibrio del sistema. Ahora, si se pudiera interrumpir la fuerza de gravedad y quedar el sistema desequilibrado, el observador terrestre vería simplemente que la Luna comenzaría alejarse por la acción de la Fuerza Centrífuga (única fuerza actuante sobre la Luna) cada vez más desde su punto de observación, pero siempre la tendría a la vista.

Otros muchos ejemplos se pueden ver cuando "centrifugamos agua"..veremos que las gotas se alejan tangencialmente y no radialmente, como las vería uno que esté rotando con la máquina "centrifugadora"...jajaja...

- Gracias: ENNIVS



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