Interacciones de contacto y movimiento circular uniforme

Interacciones de contacto

La fuerza normal, tiene un origen microscópico, concretamente en una interacción electro-magnética entre las superficies de contacto entre dos cuerpos.

Estas superficies sufren una interacción entre sus electrones, los cuales se rechazan entre sí, por acción de las fuerzas de Coulomb. De esta forma cuando ponemos un libro sobre una mesa horizontal, cerca de la superficie terrestre, las dos superficies se rechazan, pero el libro estará sometido también a una interacción gravitacional, por lo cual quedará en equilibrio.

Si este escenario tuviese lugar en el espacio exterior, es decir en microgravedad, tanto la mesa como el libro puestos en contacto, se separarían.

En la figura 17, el libro actúa sobre la mesa con una componente de su peso, que existe independientemente de la mesa. La mesa es quien actúa sobre el libro por medio de la fuerza normal, como reacción a la acción del libro sobre ella. Debemos tener en cuenta que el peso y la normal no son par de acción y reacción; pero si lo son la fuerza que hace la superficie de la mesa sobre cuerpo, y la fuerza que hace el cuerpo sobre la mesa.

• Cuando la superficie de apoyo es horizontal y sobre el cuerpo no actúa ninguna fuerza vertical más que su peso y la fuerza normal, el valor de ambas fuerzas coincide. Si el cuerpo se encuentra sobre un plano inclinado, el valor de la fuerza normal no es igual a su peso.
• Si no existiese la fuerza normal, el cuerpo atravesaría la superficie sobre la que se apoya, debido a la acción de la gravedad.

La ley de Newton explica fenómenos tan cotidianos como, por ejemplo, por qué podemos movernos cuando caminamos, por qué avanzan los aviones o cohetes, por qué rebota una pelota lanzada contra una pared, etc.

Dinámica del movimiento circular uniforme

Las características de este movimiento son las siguientes:

• Su trayectoria es una circunferencia de radio R.
• El valor de la velocidad permanece constante, aunque su dirección y sentido cambian constantemente, pues es siempre tangente a la trayectoria.
• La aceleración tangencial es nula, pues el valor de la velocidad no cambia. Sin embargo, sí existe aceleración centrípeta (también llamada aceleración normal o radial), ya que la dirección y el sentido de la velocidad cambian durante el movimiento.

Fuerza centrípeta

La fuerza centrípeta es la fuerza neta ejercida sobre un objeto que describe un movimiento circular uniforme. Va dirigida desde el objeto hacia el centro de su trayectoria circular.

• Para un objeto atado a una cuerda que gira horizontalmente, la fuerza centrípeta es proporcionada por la tensión de la cuerda. Si gira verticalmente, la fuerza centrípeta es proporcionada por la composición de la tensión de la cuerda y el peso del objeto.
• En el caso, por ejemplo, del giro de la Tierra alrededor del Sol, la fuerza centrípeta es proporcionada por la fuerza de atracción gravitatoria entre ambos.
• En el caso de un auto que describe una curva, la fuerza centrípeta es proporcionada por la fuerza de rozamiento.