Movimiento circular
En un movimiento cualquiera puede que la trayectoria sea curvilínea y que, además, haya cambio de rapidez. Normalmente es lo que ocurre con los movimientos cotidianos. En definitiva, es posible que cambie el vector velocidad tanto en módulo como en dirección y sentido.
El cambio del vector velocidad en la unidad de tiempo es lo que llamamos aceleración. La aceleración, que es una magnitud vectorial, informa de todos los cambios que puede experimentar la velocidad (que es otra magnitud vectorial), tanto de su módulo como de su dirección.
Podemos considerar a la aceleración total como suma de dos vectores, uno que nos informará de la variación de la rapidez y otro que nos indicará de la variación de la dirección.
Un movimiento rectilíneo solo puede cambiar el valor de la velocidad. Tiene aceleración pero esta es aceleración tangencial.
Un movimiento circular que mantiene el valor de la velocidad (movimiento circular uniforme) tiene una aceleración debida al cambio de dirección continuo que ocurre. Esta aceleración se llama aceleración normal o centrípeta (dirigida hacia el centro).
Un movimiento cualquiera puede tener los dos tipos de aceleraciones. Puede cambiar el valor de la velocidad y su dirección. Tiene entonces los dos tipos de aceleración: uno tangente a la trayectoria es decir aceleración tangencial; otro perpendicular a la trayectoria es decir aceleración normal. Entre los dos forman la a: aceleración total, informa de todos los cambios que ocurren en el vector velocidad.
at: aceleración tangencial, informa de los cambios que ocurren en la rapidez. Su dirección es tangente a la trayectoria, es decir. la misma que la de la velocidad, y su sentido puede ser el mismo o el contrario del de la velocidad, según haya un aumento o disminución del valor absoluto de la rapidez.
vf=vi + at.t
an: aceleración centrípeta o normal, informa de los cambios que ocurren en la dirección de la velocidad. Su dirección es perpendicular a la trayectoria y dirigida al centro de la curva.
an= V2/R
Dado que la aceleración normal y la aceleración tangencial son siempre perpendiculares, el módulo de la aceleración total puede calcularse mediante la expresión: a2= at 2 + an 2
Resolver los siguientes problemas:
Problema n° 1) a - ¿Cuantas vueltas da en un segundo un objeto en movimiento circular de periodo 1,4 s?.
b - ¿Cuál es la velocidad si el radio es de 80 cm?.
Respuesta: a) 4,48 /s b) 358,4 cm/s
Problema n° 2) Un móvil dotado de movimiento circular da 280 vueltas en 20 minutos, si la circunferencia que describe es de 80 cm de radio, hallar:
a) ¿Cuál es su velocidad ?.
b) ¿Cuál es la aceleración centrípeta?.
Respuesta:a) 117,29 cm/s b) 171,95 cm/s ²
Problema n° 3) Un cuerpo pesa 0,5 N y está atado al extremo de una cuerda de 1,5 m, da 40 vueltas por minuto. Calcular la fuerza ejercida sobre la cuerda.
Respuesta: 1,34 N
Problema n° 4) Un volante de 20 cm de radio posee una velocidad tangencial de 22,3 m/s. Hallar:
a) ¿Cuál es su número de R.P.M.?.
Respuesta: a) 1065 R.P.M.
Problema n° 5) Las ruedas de una bicicleta poseen a los 4 s una velocidad tangencial de 15 m/s, si su radio es de 30 cm, ¿cuál será la aceleración tangencial, normal y total en ese momento?.
Respuesta: at= 0,125 cm/s ² an= 67,5 m/s2 a=67,5m/s2
Problema n° 5) Calcular la aceleración tangencial de una rueda de 0,25 m de radio, al lograr a los 20 s, partiendo del reposo una velocidad de 40 km/h. Calcular la aceleración normal y total en ese momento.
Respuesta: 0,55m /s ² an=493m/s2