Profesor José Luis Gajardo Definición de movimiento circular Se define movimiento circular como aquél cuya trayectoria es una circunferencia Recordar Una circunferencia es el lugar geométrico de los puntos de ID: 785731
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El movimiento Circular
Profesor José Luis Gajardo
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Definición de movimiento circular:
Se define movimiento circular como aquél cuya trayectoria es una circunferencia.
Recordar: Una circunferencia es el lugar geométrico de los puntos de un plano que equidistan de otro punto fijo y coplanario llamado centro en una cantidad constante llamada radio
.http://www.meet-physics.net/David-Harrison/castellano/ClassMechanics/RTZCoordSystem/RTZCoordSystem.html
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Posición angular, θ
En el instante
t
el móvil se encuentra en el punto P. Su posición angular viene dada por el ángulo θ, que hace el punto P, el centro de la circunferencia C y el origen de ángulos O.
El ángulo θ
,
es el cociente entre la longitud del arco
s
y el radio de la circunferencia
r
,
θ
=
s/r. La posición angular es el cociente entre dos longitudes y por tanto, no tiene dimensiones.
t
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Rapidez angular,
ω
En el instante
t' el móvil se encontrará en la posición P' dada por el ángulo θ'. El móvil se habrá desplazado
θ =
θ
' -
θ
en el intervalo de tiempo
t = t‘ - t
comprendido
entre
t
y t'.Se denomina rapidez angular media al cociente entre el
ángulo barrido, es decir
θ
y el tiempo.
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Aceleración angular,
Si en el instante
t
la velocidad angular del móvil es ω
y en el instante t' la velocidad angular del móvil es ω‘, la velocidad angular del móvil ha cambiado
ω
=
ω
‘ -
ω
en el intervalo de tiempo
t = t'- t comprendido entre t y t‘.
Se denomina aceleración angular media al cociente entre el cambio de velocidad angular y el intervalo de tiempo que tarda en efectuar dicho cambio.
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Movimiento Circular uniforme
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Movimiento circular uniforme
Es aquel cuya trayectoria es una circunferencia y
cuya rapidez es constante.(Recordar que la rapidez será el módulo del vector velocidad lineal)En el movimiento circular uniforme, la velocidad angular es constante, es decir, se barren ángulos iguales en tiempos iguales:
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Es importante notar que en este caso, y en relación al centro de la trayectoria, el módulo de
corresponde al radio de la circunferencia, es decir, I
I = r .
La figura representa un automóvil que está dando vueltas en una rotonda con MCU.
La velocidad es en todo instante perpendicular a
, es decir,
y su módulo, por tratarse de un movimiento uniforme, es constante, es decir, I
I = constante.
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Velocidad angular
La
velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega ω. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
Recordar que la medida oficial para ángulos en el S.I. es el radián.
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El Módulo de la velocidad angular
media o rapidez angular media se define como la variación de la posición angular sobre el intervalo de tiempo.
Módulo de la velocidad angular
Además, en el caso de un movimiento circular uniforme, se tiene que una revolución completa representa 2
radianes, por lo tanto:
Siendo
f
la frecuencia (número de ciclos o revoluciones por unidad de tiempo) y
T
el período (tiempo empleado en realizar una revolución o ciclo completo)
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Vector velocidad
angular
Se define el vector velocidad angular ω, como un vector situado sobre el eje de rotación, cuyo módulo es el anteriormente señalado.
http://www.meet-physics.net/David-Harrison/castellano/ClassMechanics/RightHandRule/RightHandRule.html
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Velocidad lineal o tangencial en MCU
La velocidad tangencial es la velocidad del móvil
(desplazamiento del móvil en el tiempo). Por lo tanto para distintos radios y a la misma velocidad angular, el móvil se desplaza a distintas velocidades tangenciales.
El vector
velocidad lineal es tangente a la trayectoria circular, por ello también se le denomina velocidad tangencial
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Relación entre Velocidad angular y tangencial
Anteriormente definimos al módulo de la velocidad angular como
.
Si consideramos un ciclo completo, teníamos que
θ
= 2
radianes, luego
Por otra parte, el módulo de la velocidad tangencial para un ciclo completo será igual al perímetro de la circunferencia descrita partido por el tiempo, es decir:
V =
, como
,
reemplazando
, tenemos que
V =
ω
• r
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Vector de posición
Se considera un sistema de referencia en el plano
xy, con
vectores unitarios en la dirección de estos ejesLa posición de la partícula en función del ángulo de
giro θ será:
X = R •
cos
θ
Y =
R •
sen
θ
De modo que el vector de posición de la partícula en función del tiempo es:
P = R
cos
(
ω
t) i + R
sen
(ωt) j
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¿Existe aceleración en el movimiento circular uniforme?
En el un movimiento circular uniforme, si bien la rapidez lineal es constante, la velocidad tangencial no lo es debido a que su dirección cambia constantemente.
Aceleración centrípeta:
También llamada aceleración normal, es una magnitud relacionada con el cambio de dirección de la velocidad de una partícula en movimiento cuando recorre una trayectoria curvilínea.
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Para producir la modificación de una velocidad aparece una aceleración, pero debido a que no varía el módulo de la velocidad, el vector de esta aceleración es perpendicular al vector de la velocidad.
Ahora, según la segunda ley de Newton, la variación de velocidad en un cuerpo es producida por una fuerza, por lo que la aceleración centrípeta se debe a la acción de una fuerza, llamada
Fuerza centrípeta.
Dicha fuerza es un vector dirigido hacia el centro de la circunferencia.
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Cálculo de la aceleración centrípeta
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http://www.meet-physics.net/David-Harrison/castellano/ClassMechanics/VertCircular/VertCircular.html
Fuerza
centrípeta:
En la figura, se observa el vector fuerza centrípeta (
Fc) y el vector aceleración normal o centrípeta (ac
)
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Como el módulo de una fuerza es masa por aceleración, tendremos que:
F
c = m •
acPero sabemos que
ac = v2
/r
,
por lo que el módulo de
F
c
será:
F
c
= m • v2
r