¿Te has preguntado alguna vez cómo se produce el proceso de centrifugado en tu lavadora?
¿O cómo se separa la leche de la nata en las fábricas o la miel de las celdas? Con este experimento podrás entenderlo. Y además te contamos sobre la fuerza centrífuga. En la mecánica newtoniana, la fuerza centrífuga es una fuerza inercial (también llamada fuerza “ficticia” o “pseudo”) que parece actuar sobre todos los objetos cuando se los ve en un marco de referencia giratorio. Se aleja de un eje que es paralelo al eje de rotación y pasa por el origen del sistema de coordenadas. Si el eje de rotación pasa por el origen del sistema de coordenadas, la fuerza centrífuga se dirige radialmente hacia afuera desde ese eje.
El concepto de fuerza centrífuga se puede aplicar en dispositivos rotativos, como centrífugas, bombas centrífugas, reguladores centrífugos y embragues centrífugos. También en ferrocarriles centrífugos, órbitas planetarias y curvas peraltadas, cuando se analizan en un sistema de coordenadas rotativas. El término también se ha utilizado a veces para la fuerza centrífuga reactiva que puede verse como una reacción a una fuerza centrípeta en algunas circunstancias.
Cómo funciona la fuerza centrífuga
La fuerza centrífuga es una fuerza hacia afuera aparente en un marco de referencia giratorio. No existe cuando un sistema se describe en relación con un marco de referencia inercial.
Todas las mediciones de posición y velocidad deben realizarse en relación con algún marco de referencia. Por ejemplo, se podría realizar un análisis del movimiento de un objeto en un avión de pasajeros en vuelo con respecto al avión de pasajeros, a la superficie de la Tierra o incluso al Sol. Un marco de referencia que está en reposo (o uno que se mueve sin rotación y con velocidad constante) en relación con las “estrellas fijas” generalmente se considera un marco inercial. Cualquier sistema puede analizarse en un marco inercial (y por lo tanto sin fuerza centrífuga). Sin embargo, a menudo es más conveniente describir un sistema rotatorio utilizando un marco rotatorio; los cálculos son más simples y las descripciones más intuitivas. Cuando se hace esta elección, surgen fuerzas ficticias, incluida la fuerza centrífuga.
La influencia de una fuerza radial
En un marco de referencia que gira alrededor de un eje a través de su origen, todos los objetos, independientemente de su estado de movimiento, parecen estar bajo la influencia de una fuerza radial (desde el eje de rotación) hacia afuera que es proporcional a su masa, a la distancia desde el eje de rotación del marco y al cuadrado de la velocidad angular del marco. Esta es la fuerza centrífuga. Como los humanos suelen experimentar la fuerza centrífuga desde dentro del marco de referencia giratorio, p. Ej. en un tiovivo o vehículo, esto es mucho más conocido que la fuerza centrípeta.
El movimiento relativo a un marco giratorio da como resultado otra fuerza ficticia: la fuerza de Coriolis. Si la velocidad de rotación del marco cambia, se requiere una tercera fuerza ficticia (la fuerza de Euler). Estas fuerzas ficticias son necesarias para la formulación de ecuaciones de movimiento correctas en un marco de referencia giratorio. Permiten además que las leyes de Newton se utilicen en su forma normal en dicho marco.
Aplicaciones
Las operaciones de numerosos sistemas mecánicos giratorios comunes se conceptualizan más fácilmente en términos de fuerza centrífuga. Por ejemplo:
- Un gobernador centrífugo regula la velocidad de un motor mediante el uso de masas giratorias que se mueven radialmente, ajustando el acelerador, a medida que el motor cambia de velocidad.
- El embrague centrífugo se utiliza en pequeños dispositivos propulsados por motor, como motosierras, karts y modelos de helicópteros. Permite que el motor arranque y funcione en ralentí sin hacer funcionar el dispositivo, pero activa la transmisión de forma automática y suave a medida que aumenta la velocidad del motor.
- Las fuerzas centrífugas se pueden utilizar para generar gravedad artificial, como en los diseños propuestos para estaciones espaciales giratorias. El biosatélite Mars Gravity habría estudiado los efectos de la gravedad a nivel de Marte en ratones con la gravedad simulada de esta manera.
- La fundición por centrifugación y la fundición centrífuga son métodos de producción que utilizan la fuerza centrífuga para dispersar metal líquido o plástico por todo el espacio negativo de un molde.
- Las centrífugas se utilizan en la ciencia y la industria para separar sustancias. La fuerza centrífuga induce un gradiente de presión hidrostática en tubos llenos de líquido orientados perpendicularmente al eje de rotación, dando lugar a grandes fuerzas de flotación que empujan las partículas de baja densidad hacia adentro.
- Algunos juegos mecánicos utilizan fuerzas centrífugas. Por ejemplo, el giro de un Gravitron fuerza a los pasajeros contra una pared y permite que los pasajeros se eleven por encima del piso de la máquina desafiando la gravedad de la Tierra.
