Fuerza centrípeta – movimiento circular uniforme con una cuerda
FísicaFuerzas y dinámicaEdades 15–16Laboratorio virtual
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Una masa m atada a una cuerda de longitud R describe un movimiento circular uniforme con velocidad angular ω (vista desde arriba). El vector velocidad siempre es tangente, mientras que la aceleración y la tensión de la cuerda apuntan hacia el centro con F = mω²R = mv²/R; la gráfica F(ω) es una parábola. Arrastra la masa para cambiar el radio, mueve la barra de ω o pulsa Cortar cuerda para ver cómo la masa sale disparada por la tangente. La pantalla Disco giratorio añade una aceleración angular constante: elige ω₀ y α, observa las gráficas θ(t), ω(t) y α(t), y compara v = rω, a_t = rα y a_c = ω²r en dos puntos a distinto radio.
Lección: Movimiento circular uniforme, aceleración centrípeta, fuerza centrípeta
Qué muestra
Un objeto que gira en un círculo con rapidez constante sigue acelerando, porque la dirección de su velocidad cambia sin cesar: la aceleración a = ω²R = v²/R apunta al centro, y aquí la tensión de la cuerda aporta la fuerza F = mω²R. Si ω se duplica, la tensión se multiplica por cuatro, y al cortar la cuerda la masa sale por la tangente. La pantalla Disco giratorio añade una aceleración angular constante α, de modo que ω = ω₀ + αt y θ = ω₀t + ½αt². Todos los puntos del disco comparten θ, ω y α, pero su rapidez v = rω, su aceleración tangencial a_t = rα y su aceleración centrípeta a_c = ω²r crecen con el radio r.
Cómo usarla
En Masa con cuerda, cambia Velocidad angular ω por pasos y anota la tensión para hacer una tabla de F frente a ω; arrastra la masa para cambiar el radio y pulsa Cortar cuerda para poner a prueba tu predicción. En Disco giratorio, ajusta Velocidad angular inicial ω₀ y Aceleración angular α, pulsa Iniciar y observa las gráficas de θ, ω y α. Arrastra los puntos A y B, o usa Radio del punto A y Radio del punto B, para comparar v, a_t y a_c en la tabla.
Parámetros que puedes cambiar
- Masa 0,1–2 kg
- Radio de la órbita 0,2–2 m
- Velocidad angular ω 0,5–10 rad/s
- Mostrar vectores v, a, F
- Pantalla Masa con cuerda, Disco giratorio
- Velocidad angular inicial ω₀ 0–10 rad/s
- Aceleración angular α -2–2 rad/s²
Preguntas para explorar
- Después de cortar la cuerda, ¿por qué la masa se mueve por la tangente y no directamente hacia fuera?
- Con ω fija, ¿cómo cambia la fuerza centrípeta si se duplica el radio?
- Si se duplica la velocidad angular, ¿por qué factor aumenta la tensión de la cuerda?
