La fuerza centrífuga es una fuerza aparente a la que todo cuerpo está sometido cuando se pone en rotación y provoca un desplazamiento hacia afuera. Algo que a priori puede ser algo complicado de entender, pero que os vamos a explicar mejor si os ofrecemos su fórmula, vemos cómo se aplica y también, algunos ejemplos de fuerza centrífuga.
Qué es la fuerza centrífuga y cómo funciona: fórmula y ejemplos
Lo primero que tendríamos que explicar para entender bien qué es la fuerza centrífuga, es que esta como tal no existe o no es una fuerza en sí. Una fuerza constituye una acción mecánica sufrida por un objeto, como la masa, por ejemplo. Este tipo de fuerza está representado por un vector que tiene un punto de aplicación, una dirección, una dirección y una intensidad expresada en Newtons (N). La «fuerza» centrífuga es solo un nombre incorrecto, porque es solo un efecto observado en presencia de otra fuerza, que citaremos más adelante (fuerza centrípeta).
La fuerza centrífuga (que tiende a alejarse del centro) es solo una fuerza ficticia, o fuerza inercial que se puede observar al estudiar el movimiento de un marco de referencia no galileano, es decir, cuando un objeto está en movimiento y está sometido a fuerzas (es decir, lo opuesto a un marco de referencia galileano, que es un objeto aislado, que sigue un movimiento lineal y que no está sujeto a ninguna fuerza).
Sólo existe a través de la ejecución de la fuerza centrípeta (→ que tiende a acercarse al centro), que es la llamada fuerza «real» que se ejerce sobre un objeto para imponerle una trayectoria circular, por lo tanto no lineal. Por ejemplo, una pelota sujeta a una cuerda que gira gracias al movimiento de nuestra mano sufre la fuerza centrípeta.
La fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta son opuestas, la fuerza centrípeta, al ser perpendicular a la trayectoria, se dirige hacia el centro de rotación, mientras que la «fuerza centrífuga», también pependicular al eje de rotación, se dirige hacia el centro de rotación fuera del círculo.
Podemos resumir así que la fuerza centrífuga es una fuerza aparente que se observa en sistemas no inerciales en movimiento giratorio (de cualquier tipo)
En el caso de un sistema plano, en movimiento de rotación uniforme con velocidad angular constante omega, podemos escribir una fórmula simple de la fuerza centrífuga que nos permite calcular la fuerza que le aparece al observador integral.
F_ {cf} = m omega ^ 2r
donde m es la masa del cuerpo y r la posición del cuerpo con respecto al origen O ‘= O.
Relación entre fuerza centrífuga y fuerza centrípeta
Por el estudio de la dinámica sabemos que, siempre que se trate de un movimiento circular uniforme, el punto material en rotación está sujeto a una fuerza centrípeta que se dirige hacia el centro del movimiento rotacional y que permite que el punto continúe por su propia trayectoria circular.
Para entender cuál es el vínculo entre la fuerza centrífuga y la fuerza centrípeta, imaginemos que tenemos una plataforma giratoria con velocidad angular constante, en la que una bola está atada con un hilo y gira junto con la plataforma con la misma velocidad angular exacta omega.
Para un observador externo en un sistema inercial S, la bola describe un movimiento circular uniforme, en el que la tensión del hilo actúa como una fuerza centrípeta y obliga a la bola a describir una trayectoria circular, siendo la única fuerza en juego, en ausencia de la cual la bola se movería con un movimiento rectilíneo uniforme a lo largo de la dirección tangente a la trayectoria circular.
Para un observador unido al sistema no inercial S ‘de la plataforma, la bola está estacionaria, porque gira con la misma velocidad angular que la plataforma, pero el hilo está tenso. El observador en la plataforma debe suponer entonces que, además de la tensión del alambre dirigida hacia el centro de rotación, debe haber otra fuerza igual y opuesta dirigida radialmente hacia afuera, de modo que la suma de las dos fuerzas sea cero y pueda explicar el hecho de que la bola permanece estacionaria.
Por tanto, para el observador no inercial S ‘, aparece la fuerza centrífuga dirigida radialmente hacia fuera. También es obvio que la fuerza centrífuga es una fuerza aparente porque no es el resultado de ninguna interacción que intente empujar la pelota hacia el exterior de la plataforma.
Otro ejemplo de fuerza centrífuga
Podemos sentir la fuerza centrífuga cuando estamos en el automóvil y enfrentamos una curva. Si estamos en el automóvil y giramos a la izquierda, nos sentimos empujados fuera del automóvil hacia la derecha debido a la fuerza centrífuga.
El coche en el que nos encontramos es un sistema de referencia no inercial en movimiento circular con respecto al sistema fijo de la calzada.
Si analizamos el movimiento desde el punto de vista de un observador externo, no hay nada que realmente empuje al pasajero hacia afuera. El pasajero está sentado en el asiento y es uno con el automóvil; a lo largo de la curva, la fricción entre los neumáticos y el asfalto actúa como una fuerza centrípeta y mantiene al automóvil (y por lo tanto al pasajero) a lo largo de la trayectoria circular.
Si evaluamos la situación desde el punto de vista del pasajero, este se siente empujado hacia afuera por la fuerza centrífuga. Al mismo tiempo, el pasajero también está sujeto a una reacción de coacción, siendo retenido por la fricción con el asiento y por el cinturón de seguridad.
Si fuéramos dentro del coche, sin cinturón y sin puerta, veríamos como salimos fuera del automóvil mientras gira hacia la izquierda. El observador justificaría este hecho diciendo que el pasajero no está sujeto a ninguna fuerza y por lo tanto no es capaz de seguir el movimiento circular del automóvil a lo largo de la curva, por lo que continúa con un movimiento rectilíneo uniforme a lo largo de la tangente a la trayectoria.
En resumen, la fuerza centrífuga es una fuerza aparente que sólo es percibida por el observador no inercial, que no está en condiciones de percibir la fuerza centrípeta. Por otro lado, para el observador inercial, la única fuerza que actúa es la fuerza centrípeta y de ninguna manera contempla la fuerza centrífuga. Como es habitual, no hay puntos de vista correctos e incorrectos: el modelo físico es siempre el mismo y la forma de describirlo cambia según el sistema de referencia elegido.
Aplicaciones de la fuerza centrífuga
La fuerza centrífuga se utiliza en diversas áreas. Basta pensar en una secadora que utiliza la acción centrífuga para escurrir la ropa: toda la ropa se empuja hacia el borde del tambor, comprimiendo y liberando el agua absorbida durante el lavado. Otra aplicación se refiere a las centrifugadoras típicas de los laboratorios de química, que aprovechan la acción centrífuga para separar diferentes sustancias disueltas en las soluciones.
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