Mejor respuesta
Es mejor responder a su pregunta con un ejemplo fácil de entender. Veamos qué sucede cuando balanceo una pelota atada por encima de mi cabeza en un círculo.
Debemos ignorar la gravedad por el momento. La única fuerza que actúa sobre la pelota es la fuerza de tensión de la cuerda. Esta fuerza siempre se dirige radialmente hacia adentro a lo largo de la cuerda, hacia mi mano. En otras palabras, la fuerza que actúa sobre un objeto atado que viaja en una trayectoria circular siempre se dirige hacia el centro de ese círculo. Además, la velocidad de la pelota es constante en magnitud (rapidez) y siempre está en una tangente al círculo.
Supongamos que balanceo más rápido y aumento lentamente el número de revoluciones, la pelota moverse más rápido, y esto es aceleración angular.
Cuando hay aceleración, hay fuerza. Para que un objeto experimente una aceleración centrípeta, se le debe aplicar una fuerza centrípeta. El vector de esta fuerza es similar al vector de aceleración: es de magnitud constante y siempre apunta radialmente hacia adentro hasta el centro del círculo, perpendicular al vector velocidad. La tensión en la cuerda es lo que proporciona la fuerza centrípeta en nuestro ejemplo.
La aceleración centrípeta corresponde a un cambio en la dirección de la velocidad en lugar de un cambio en la magnitud de la velocidad (rapidez). Suponga que balanceo la bola atada a una rotación constante por segundo, no hay aceleración angular ni aceleración tangencial. Pero hay una aceleración centrípeta . La bola atada sigue una trayectoria circular. Su vector de velocidad está cambiando. La dirección en la que apunta cambia a cada instante a medida que la giro y la aceleración apunta hacia adentro, hacia mis manos.
A continuación, mientras balanceo la pelota atada en un círculo sobre mi cabeza, suponga que la dejo ir , ya no hay una fuerza centrípeta actuando sobre la pelota. Esto es de acuerdo con la Primera Ley del Movimiento: cuando ninguna fuerza neta actúa sobre un objeto, se moverá con una velocidad constante. Entonces, cuando suelte la cuerda, la bola viajará en línea recta, en una tangente al círculo con la velocidad que tenía cuando la solté. Tendrá una aceleración tangencial a lo largo de su trayectoria circular igual a el radio multiplicado por la aceleración angular.
Debido a que la aceleración centrípeta se dirige a lo largo del radio, también se la conoce como aceleración radial.
Respuesta
A2A: ¿Cuál es la diferencia entre aceleración tangencial, angular y centrípeta y cuándo los poseerá un cuerpo que se mueve en un círculo?
Suponga que tiene un rotor que está girando. La velocidad de giro se puede expresar en muchas unidades diferentes: RPM, grados por segundo, radianes / min, revoluciones por día. Si esa tasa de rotación cambia con el tiempo, entonces hay una aceleración angular. Esa aceleración angular también podría expresarse con muchas unidades diferentes. Podrían ser grados por segundo por hora, lo que significa que cada hora, la velocidad angular aumentaría tantos grados por segundo. La velocidad del motor de un automóvil puede aumentar a 500 RPM por segundo. Para problemas de dinámica, a menudo usamos rad / s por segundo. Entonces eso es rad / s ^ 2. En este caso, todos los puntos del rotor experimentan la misma aceleración angular.
Ahora, si miramos un punto del rotor a cierta distancia r del eje, entonces tendrá una aceleración tangencial a lo largo de su círculo. camino igual a r veces la aceleración angular del cuerpo. A menudo usamos el símbolo griego, alfa, para la aceleración angular. Suponga que alfa = 4 rad / s ^ 2 y r = 0.5 m. Entonces ese punto tendrá una aceleración tangencial de 2 m / s ^ 2. Esa es la misma unidad de aceleración que usamos para la gravedad (9.81 m / s ^ 2). Ese 2 m / s ^ 2 se puede interpretar como la velocidad que cambia 2 m / s cada segundo. Cada punto del rotor, excepto los puntos justo en el eje de rotación, tendrá una aceleración tangencial siempre que el rotor en su conjunto tenga una aceleración angular.
La aceleración centrípeta es una aceleración que corresponde a cambiar la dirección de la velocidad en lugar de que cambiar la velocidad (la magnitud de la velocidad). Considere el mismo punto en el rotor en r = 0.5 m. Suponga que el rotor gira a una velocidad constante de 3 rad / s. No hay aceleración angular ni tangencial. Pero hay una aceleración centrípeta. El punto sigue una trayectoria circular. Su vector de velocidad está cambiando. La dirección a la que apunta cambia a cada instante a medida que gira alrededor del círculo. Podemos expresar ese cambio en el vector de velocidad en m / s por segundo.Eso es una aceleración, y escribimos esas unidades como m / s ^ 2 al igual que la aceleración a lo largo de la trayectoria, excepto que esta vez, la aceleración, que también es un vector, apunta hacia adentro, hacia el centro del círculo. Cada punto del rotor, excepto el eje, tendrá aceleración centrípeta siempre que el rotor esté girando.