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Dinámica circular y situaciones conectadas

Aplicar Newton a movimientos circulares y sistemas conectados, e introducir impulso y conservación del momento lineal.

Míralo en un dibujo

Cambiar de dirección también es acelerar. Descripción en el texto contiguo.
Cambiar de dirección también es acelerar

En movimiento circular, la velocidad es tangente y la aceleración centrípeta apunta al centro. La fuerza radial neta necesaria es mv²/r.

Antes de seguir: ¿La centrípeta es una fuerza adicional a las demás?

Comprueba tu razonamiento

No. Es el nombre de la resultante radial, que puede deberse a tensión, gravedad, rozamiento u otras fuerzas reales.

Antes de empezar

Necesitas manejar: Vectores y proyecciones; Cinemática; Trigonometría.

Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.

¿Qué se necesita para conservar momento total?

Impulso externo neto nulo o despreciable en el intervalo.

En un minuto

  • Impulso externo neto nulo o despreciable en el intervalo.
  • Conserva momento y energía cinética del sistema.
  • Un cambio de momento hacia el sentido negativo elegido.
  • Porque ya es el nombre de la resultante radial de las fuerzas reales.

Entiende la idea

El concepto

En una trayectoria circular, la componente radial de la fuerza neta debe ser mv²/r dirigida hacia el centro. Esa fuerza neta se obtiene sumando interacciones reales, como tensión, peso, normal o rozamiento. No se añade una fuerza centrípeta extra al diagrama. En un problema vertical, la dirección radial cambia de orientación respecto al peso, por lo que deben escribirse ecuaciones locales en cada posición.

Para cuerpos unidos por una cuerda ideal, las ecuaciones de Newton se combinan con una relación de aceleraciones. En una máquina de Atwood ideal, dos masas colgantes comparten el módulo de aceleración y la tensión, pero tienen sentidos opuestos de movimiento. Analizar cada cuerpo por separado ayuda a evitar errores de signo.

Cómo utilizarlo sin errores

El momento lineal es p=mv y es vectorial. La forma general de la segunda ley relaciona la fuerza externa neta con su variación temporal. El impulso de una fuerza durante un intervalo es la integral temporal de la fuerza; si se usa una fuerza media, J=F_mediaΔt. Un impulso cambia el momento lineal, no directamente la posición.

En un sistema cuyo impulso externo neto es despreciable, el momento total se conserva. Esto permite estudiar choques sin conocer todos los detalles de las fuerzas internas. En un choque perfectamente inelástico los cuerpos quedan unidos; se conserva el momento bajo el supuesto indicado, pero no la energía cinética. En un choque elástico ideal se conserva además la energía cinética. La energía total no desaparece cuando disminuye la cinética: puede pasar a deformación, calor o sonido.

Fórmulas y condiciones de uso

Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.

∑ F radial = m v 2 r
Dinámica circular y situaciones conectadas · expresión 1
F g = G m 1 m 2 r 2
Dinámica circular y situaciones conectadas · expresión 2
Consultar la notación textual original

ΣF_radial=mv²/r. p=mv. J=Δp=F_mediaΔt. Si impulso externo≈0: Σp_inicial=Σp_final.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Una masa de 0,50 kg gira sobre una mesa horizontal sin rozamiento, unida a una cuerda, con r=1,0 m y v=4,0 m/s. Calcula la tensión.

  1. En vertical normal y peso se equilibran. En horizontal la tensión proporciona la fuerza radial.
  2. T=mv²/r=0,50·16/1,0=8,0 N.
  3. No se dibuja otra fuerza de 8 N llamada centrípeta: ese nombre describe el papel radial de la tensión.

Ejemplo 2 · En una polea ideal cuelgan 3 kg y 2 kg. Usa g=9,8 y calcula a y T.

  1. Para la masa de 3 kg, positiva hacia abajo: 29,4−T=3a. Para la de 2 kg, positiva hacia arriba: T−19,6=2a.
  2. Sumando, 9,8=5a y a=1,96 m/s².
  3. T=19,6+2·1,96=23,52 N. La tensión queda entre ambos pesos, coherente con las aceleraciones.

Practica antes de mirar la solución

Práctica 1 · Un cuerpo de 2 kg a 3 m/s choca con otro de 1 kg en reposo y quedan unidos. Desprecia impulso externo. Calcula v final y pérdida de energía cinética.

Primera ayuda

Conserva momento, no energía cinética.

Ver solución razonada

p_i=2·3=6 kg·m/s. v_f=6/3=2 m/s. K_i=9 J y K_f=(1/2)·3·4=6 J; disminuye 3 J, transferidos a otras formas.

Práctica 2 · Una pelota de 0,20 kg cambia de +10 a −5 m/s en 0,10 s. Calcula impulso y fuerza media.

Primera ayuda

La variación es velocidad final menos inicial.

Ver solución razonada

Δp=0,20(−5−10)=−3,0 kg·m/s. F_media=−3,0/0,10=−30 N. El signo indica el sentido del impulso.

Práctica 3 · Un vehículo ideal de 1000 kg toma una curva horizontal de radio 50 m a 10 m/s. ¿Qué fuerza horizontal neta requiere?

Primera ayuda

Usa la componente radial de Newton.

Ver solución razonada

F=mv²/r=1000·100/50=2000 N hacia el centro. Debe proporcionarla alguna interacción real, como el rozamiento con el suelo.

El error que debes evitar

No conservar energía cinética en un choque pegajoso. No sumar módulos de momentos con sentidos opuestos. No duplicar la fuerza radial en el diagrama.

Comprueba lo aprendido

Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.

La fuerza centrípeta es…

  1. Una interacción nueva universal
  2. La componente radial de la fuerza neta
  3. Siempre igual al peso
Solución y explicación

Respuesta: La componente radial de la fuerza neta. Puede provenir de distintas fuerzas reales.

En un choque perfectamente inelástico aislado…

  1. Se conserva momento, no necesariamente energía cinética
  2. No se conserva ninguna magnitud
  3. Siempre se conserva la rapidez
Solución y explicación

Respuesta: Se conserva momento, no necesariamente energía cinética. Los cuerpos quedan unidos y puede transformarse energía cinética.

El impulso tiene unidades…

  1. m/s²
  2. J/s
  3. N·s
Solución y explicación

Respuesta: N·s. Equivale a kg·m/s, unidad de momento lineal.

Recupera las ideas de memoria

Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.

¿Qué se necesita para conservar momento total?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Impulso externo neto nulo o despreciable en el intervalo.

Intenta responder antes de mirar.

¿Qué caracteriza un choque elástico ideal?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Conserva momento y energía cinética del sistema.

Intenta responder antes de mirar.

¿Qué indica J negativo en una dimensión?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Un cambio de momento hacia el sentido negativo elegido.

Intenta responder antes de mirar.

¿Por qué no sumar otra fuerza centrípeta?

Ya lo he intentado: revelar respuesta

Porque ya es el nombre de la resultante radial de las fuerzas reales.

Intenta responder antes de mirar.

Explícalo y llévalo a otro problema

Explica qué elección de sistema permite cancelar fuerzas internas en el choque y por qué la conservación de momento sería inadecuada si un impulso externo importante actuase durante él.

Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.

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Fuentes y revisión editorial

Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.