La fuerza centrífuga es un término común en la física, pero ¿sabías que en realidad no existe? Aunque puede parecer real, es en realidad una fuerza ficticia causada por la inercia de un objeto en movimiento circular. Aprende más sobre por qué no existe la fuerza centrífuga en este artículo.
Porque no existe la fuerza centrifuga?
“La fuerza centrífuga se percibe como una fuerza que empuja hacia afuera en un sistema de referencia que rota. Esto no es así cuando el sistema se examina desde un marco de referencia inercial.
Para realizar mediciones de posición y velocidad, se necesita un marco de referencia. Por ejemplo, si quisiéramos analizar el movimiento de un objeto en un avión en vuelo, podríamos usar el propio avión, la superficie de la Tierra o incluso el Sol como marcos de referencia.
Un marco de referencia que está quieto (o que se mueve a una velocidad constante sin rotar) respecto a las ‘estrellas fijas’ se considera generalmente un marco inercial. Cualquier sistema puede estudiarse dentro de un marco inercial (donde no se aplica la fuerza centrífuga).
Pero, a veces, es más práctico describir un sistema que rota utilizando un marco de referencia giratorio; los cálculos son más sencillos y las descripciones más comprensibles. Al hacer esta elección, aparecen fuerzas ficticias, entre ellas, la fuerza centrífuga.”
¿Por qué la centrífuga no es una fuerza?
“La fuerza centrífuga, que en latín significa ‘huyendo del centro’, se refiere a la propensión de un objeto en una trayectoria curva a desviarse hacia fuera, alejándose del centro de dicha curva. En realidad, no es una fuerza en sí misma; es producto de la inercia, que es la resistencia de un objeto a cualquier alteración en su estado de reposo o movimiento.”
¿Cuándo existe la fuerza centrífuga?
“En la mecánica clásica, también conocida como mecánica newtoniana, la fuerza centrífuga es una fuerza imaginaria que se presenta al describir el movimiento de un objeto en un sistema de referencia giratorio o, de manera equivalente, es la fuerza aparente que siente un observador no inercial que se encuentra en un sistema rotatorio.
El término “centrífuga” implica ‘escapar del centro’. De hecho, un observador no inercial situado en una plataforma giratoria siente una ‘fuerza’ que actúa sobre él, impidiéndole mantenerse quieto en la plataforma a menos que aplique otra fuerza dirigida hacia el eje de rotación. Así, parece que la fuerza centrífuga empuja los objetos lejos del eje de rotación. Esta terminología también se utiliza en la mecánica de Lagrange para describir ciertos términos en la fuerza generalizada que dependen de la elección de las coordenadas generales.
En términos generales, la fuerza centrífuga asociada a una partícula de masa m en un sistema de referencia en rotación con una velocidad angular ω y en una posición r respecto al eje de rotación se expresa como:
Fcf = -mω × (ω × r)
Por lo tanto, la magnitud de esta fuerza se expresa como:
Fcf = mω²r”
¿Por qué la fuerza centrífuga no es una fuerza real clase 10?
“La fuerza centrípeta es la fuerza que se dirige hacia el centro de la curva de la trayectoria de una partícula. En la mecánica clásica, las fuerzas centrípetas son fuerzas reales causadas por la acción de un agente externo a la partícula o cuerpo. En el caso del movimiento circular uniforme, la fuerza centrípeta apunta hacia el centro de la trayectoria circular y es necesaria para cambiar la dirección de la velocidad de la partícula. Si no hubiera ninguna fuerza actuando sobre la partícula, ésta se movería en línea recta a una velocidad constante.
La ‘fuerza centrífuga’ no es una fuerza en el sentido convencional, sino una fuerza ficticia que surge en sistemas de referencia no inerciales. Es decir, es la fuerza aparente que un observador no inercial parece sentir debido a la no inercialidad de su sistema de referencia.
Por ejemplo, si un objeto está girando alrededor de un centro de fuerzas fijo, la única fuerza real que actúa sobre el objeto es la atracción hacia el centro de la trayectoria (fuerza centrípeta) necesaria, según un observador estacionario (inercial, [X,Y,Z]), para que el objeto pueda describir una trayectoria curva. Esta fuerza real, Fcp, proporciona la aceleración centrípeta característica de todo movimiento curvo.
Sin embargo, un observador en un marco de referencia en el que el objeto está en reposo (marco de referencia rotatorio [x,y,z] y, por tanto, no inercial) notará que el objeto no presenta ninguna aceleración en la dirección de la fuerza aplicada Fcp.
Para conciliar este resultado con la necesidad de que la fuerza neta que actúa sobre el objeto sea nula, el observador imagina la existencia de una fuerza igual y opuesta a la fuerza centrípeta; es decir, postula la existencia de una fuerza centrífuga, Fcf, que no tiene existencia real y solo es útil para el observador no inercial para poder aplicar la segunda ley de Newton en su forma habitual.
Veamos otro ejemplo para aclarar el concepto. Imagina un pasajero en un coche que toma una curva cerrada hacia la izquierda a cierta velocidad. La inercia asociada a la masa del pasajero se resiste a cualquier cambio en la dirección del movimiento del pasajero, induciéndolo a seguir su trayectoria inicial recta. Como el coche gira a la izquierda, el pasajero siente que se desplaza hacia la puerta de su derecha.
Una vez que el pasajero hace contacto con la puerta, esta ejerce sobre él la fuerza centrípeta necesaria para que, al igual que el coche, pueda girar a la izquierda. El rozamiento entre el asiento y los pantalones del pasajero también ayuda a contrarrestar el efecto centrífugo y, si la curva se toma a baja velocidad, puede ser suficiente para evitar que el pasajero se deslice sobre el asiento y proporcionar la fuerza centrípeta necesaria para el giro.”
¿Cómo se genera la fuerza centrífuga?
“La fuerza centrífuga es una fuerza aparente que actúa sobre un objeto cuando este gira alrededor de un eje. Esta fuerza, cuya intensidad es proporcional a la masa del objeto, al radio de giro y a la velocidad de giro (o angular), se dirige en ángulo recto al eje y parece alejar el objeto de este.
En realidad, no existe una fuerza centrífuga como tal. Lo que se percibe como fuerza centrífuga es simplemente la inercia de un objeto moviéndose a lo largo de una trayectoria curva. La idea de la fuerza centrífuga es en realidad un malentendido causado por una interpretación errónea de los principios físicos.”
