Física Comprimida

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Salirse por la tangente

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La 1ª Ley de Inercia de Newton nos dice que, en un movimiento circular, el objeto está insistentemente saliéndose de la trayectoria en dirección normal a la misma, aunque si lo lograra, mantendría la velocidad (vector) que llevara en ese instante. Esa sensación de salirse de la curva se justifica desde un sistema de referencia no inercial por la fuerza centrífuga.

Debido a lo anterior, la fuerza de rozamiento estático durante el trazado de una curva actúa en dirección perpendicular a la curva (movimiento relativo tentativo del móvil respecto de un observador situado en el centro de la curva y que girase a igual velocidad angular), a lo largo de la superficie de contacto y hacia la concavidad de la curva. Cuando se llegue a la situación de movimiento incipiente en la dirección normal a la curva, la fuerza de rozamiento estático tomará su valor máximo.

Un choque plástico a cámara lenta

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Existe un ejemplo paradigmático para entender la pérdida de energía durante un choque inelástico, en particular plástico:

Sea una plataforma muy larga en movimiento rectilíneo uniforme sobre un suelo pulido. De repente se posa sobre la plataforma un bloque con velocidad nula. En ese instante, el bloque se acelera por acción de la fuerza de rozamiento de la plataforma que va a favor del movimiento absoluto, mientras la plataforma se decelera por (re)acción de la fuerza de rozamiento del bloque que se opone al movimiento. Tras un tiempo, las velocidades de ambos cuerpos coinciden y desde ese momento, ambos siguen solidarios a una velocidad constante que deberá cumplir la relación que dicte la conservación de la cantidad de movimiento (ausencia de fuerza externa neta en la dirección del movimiento). Si se examina la energía cinética del sistema, hay pérdida y en este caso es en forma de calor por el rozamiento interno.

Cuna incómoda de Newton

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Sea una cuna (péndulo) de Newton de dos bolas donde una de las bolas se suelta y choca contra la otra en reposo (de igual masa). La segunda se mueve mientras la primera queda en reposo, por lo que el choque ha sido perfectamente elástico (máxima transferencia de energía dentro del sistema). Pero si la primera bola es de masa 3 veces mayor y ambas se sueltan desde la misma altura, pero en situaciones enfrentadas, en el primer choque la bola más pesada quedará en reposo y la liviana rebotará subiendo a más altura de la que partió. Sin embargo, una vez que vuelvan a chocar, ambas rebotarán y alcanzará la altura inicial.

¿La tensión (fuerza) que una cuerda ejerce puede ser conservativa?

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Supongamos una masa sujeta a una cuerda. Hacemos girar la masa horizontalmente. La tensión (fuerza de ligadura) no es una fuerza conservativa pero tampoco disipativa. La tensión realiza trabajo nulo como cualquier otra fuerza perpendicular al desplazamiento por lo que la energía mecánica se conserva. Con todo, la tensión aparenta ser conservativa, aunque no lo es.

Por otro lado, la tensión es la causante del giro y la fuerza centrífuga es numéricamente igual a la tensión. Puesto que la fuerza centrífuga (la aceleración centrífuga en realidad) es central y con ello, conservativa, el engaño desde el sistema no inercial se mantiene.

Finalmente, la fuerza centrífuga no realiza momento por ser central lo que permite que se conserve el momento angular tanto desde un sistema inercial como no inercial. Esto ocurre cuando los vectores velocidad angular y momento angular son paralelos: L=I*w.