Movimiento circular

El movimiento circular además de ser un fenómeno físico importante, es de gran aplicación en nuestra vida diaria. Innumerable es la cantidad de ruedas, discos, engranajes y cosas en movimiento circular que son indispensables para desplazarnos, mover las máquinas, el movimiento de las llantas de los automóviles, los efectos de los carruseles en los parques de diversiones, traernos el agua e incluso el aire hasta donde estamos. En este trabajo intentaremos comprender con conceptos y ejemplos sencillos y comunes el movimiento circular que sufren los cuerpos.

OBJETIVOS

- Aclarar conceptos básicos como velocidad angular, aceleración, etc.

- Entender más a fondo las relaciones vectoriales del movimiento circular.

- Estudiar el movimiento de rotación relativo.

- Definir la aceleración centrífuga y el efecto Coriolis para un mejor estudio de los mismos.

MOVIMIENTO CIRCULAR

Un movimiento se llama circular cuando su trayectoria es una circunferencia.

El movimiento circular es un caso particular del movimiento en el plano, para describir el movimiento de rotación de un cuerpo es necesaria la definición de la posición angular, la velocidad angular y la aceleración angular; como también nos plantearemos las ecuaciones cinemáticas angulares del movimiento circular.

Movimiento circular: Posición angular

Sí un cuerpo O se desplaza hasta P, describiendo el arco s de un círculo de radio r, se dice que el ángulo θ, igual a la longitud del arco s dividido por el radio r, o sea, θ= s/r (radianes) es la posición angular (a partir de la recta CO) del cuerpo y que ese ángulo este expresado en radianes (rad).

Si s=r, el ángulo θ=1 radián, se puede afirmar que el radián es el ángulo en el centro de un círculo, subtendido por un arco de longitud r. El radián no tiene dimensiones físicas, ya que es una relación entre dos longitudes. Recíprocamente, si se conoce el ángulo expresado en radianes, la longitud del arco estará dada por la expresión s=r θ.

Movimiento circular: Velocidad angular

Cuando un cuerpo gira de la posición angular θ0, hasta la θ, se dice que el desplazamiento angular es Δθ = θ – θ0. Se define la velocidad angular media a la razón del desplazamiento angular Δθ al tiempo transcurrido Δt, o sea ω = rad/s, si es desplazamiento angular se hace más pequeño (Δθ), el tiempo transcurrido también (Δt); Se puede definir una velocidad angular instantánea en un momento dado, a la razón de Δθ a Δt cuando Δt, tiende a cero:

ω = 0 rad/s

La unidad ω es el radián por segundo. En la práctica se usa otra unidad: vueltas por segundo (n) o revoluciones por minuto (rpm). Siendo una vuelta igual a un ángulo de 2π radianes, la velocidad angular sería:

ω (rad/s) = 2π n(vueltas/s) = 2π

En el movimiento circular uniforme, es decir, aquel donde un cuerpo se mueve sobre un círculo de radio r con rapidez constante, o sea, cuando la magnitud del vector velocidad es constante, podemos decir que el vector velocidad, en un movimiento plano, está sobre la tangente a la trayectoria en un punto considerado y dirigida en el sentido del movimiento.

Por lo tanto, el vector velocidad es tangente a la circunferencia y perpendicular al radio que llega al punto de tangencia.

Movimiento Circular: Aceleración Angular

Como ya se había planteado en la velocidad angular, el movimiento circular puede ser uniforme o acelerado, la rapidez de rotación puede aumentar o disminuir bajo la influencia de un momento de torsión resultante.

La aceleración angular (α) se define como la variación de la velocidad angular con respecto al tiempo:

ωf = ωi + α t

Donde α es la aceleración angular final en rad/ s2, ωf es velocidad angular final en rad/s, ωi es velocidad angular inicial en rad/s y t es el tiempo transcurrido en segundos.

Se denomina aceleración angular media al cociente entre el cambio de velocidad angular y el intervalo de tiempo que tarda en efectuar el cambio.

α =

La aceleración angular en un instante, se puede obtener calculando la aceleración angular media

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