El movimiento circular uniforme

Jose Gajardo González
Profesor José Luis Gajardo




El movimiento
Circular
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 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.htm
l
Profesor José Luis Gajardo


  Posición angular, θ

                           En el instante t el móvil se
                 t         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.
Rapidez angular, ω
                                         Profesor José Luis Gajardo




                          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.
Aceleración angular, 
                                          Profesor José Luis Gajardo




                       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.
Profesor José Luis Gajardo




Movimiento Circular
    uniforme
Profesor José Luis Gajardo
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:
Profesor José Luis Gajardo



 La figura representa un automóvil que está dando
vueltas en una rotonda con MCU.
Profesor José Luis Gajardo
   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.
Módulo de la velocidad                    Profesor José Luis Gajardo


angular
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.

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)
Vector velocidad angular                        Profesor José Luis Gajardo




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
Velocidad lineal o                         Profesor José Luis Gajardo


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
Relación entre Velocidad   Profesor José Luis Gajardo


angular y tangencial




           V=ω•r
Vector de posición                       Profesor José Luis Gajardo




                           Se considera un sistema de
                           referencia en el plano xy,
                           con vectores unitarios en la
                           dirección de estos ejes

                           La 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(ωt) i + R sen(ωt) j
¿Existe aceleración en el                 Profesor José Luis Gajardo


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.
Profesor José Luis Gajardo



                       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.
Cálculo de la            Profesor José Luis Gajardo




aceleración centrípeta
Fuerza centrípeta:                                  Profesor José Luis Gajardo




                                    En la figura, se observa el
                                    vector fuerza centrípeta (Fc) y el
                                    vector aceleración normal o
                                    centrípeta (ac)




http://www.meet-physics.net/David-
Harrison/castellano/ClassMechanics/VertCircular/VertCircular.html
Profesor José Luis Gajardo


Como el módulo de una fuerza es masa por
aceleración, tendremos que:

Fc = m • ac

Pero sabemos que ac = v2/r, por lo que el módulo de
Fc será:

Fc = m • v2
         r
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El movimiento circular uniforme

  • 1. Profesor José Luis Gajardo El movimiento Circular
  • 2. 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 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.htm l
  • 3. Profesor José Luis Gajardo Posición angular, θ En el instante t el móvil se t 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.
  • 4. Rapidez angular, ω Profesor José Luis Gajardo 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.
  • 5. Aceleración angular,  Profesor José Luis Gajardo 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.
  • 6. Profesor José Luis Gajardo Movimiento Circular uniforme
  • 7. Profesor José Luis Gajardo 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:
  • 8. Profesor José Luis Gajardo La figura representa un automóvil que está dando vueltas en una rotonda con MCU.
  • 9. Profesor José Luis Gajardo 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.
  • 10. Módulo de la velocidad Profesor José Luis Gajardo angular 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. 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)
  • 11. Vector velocidad angular Profesor José Luis Gajardo 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
  • 12. Velocidad lineal o Profesor José Luis Gajardo 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
  • 13. Relación entre Velocidad Profesor José Luis Gajardo angular y tangencial V=ω•r
  • 14. Vector de posición Profesor José Luis Gajardo Se considera un sistema de referencia en el plano xy, con vectores unitarios en la dirección de estos ejes La 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(ωt) i + R sen(ωt) j
  • 15. ¿Existe aceleración en el Profesor José Luis Gajardo 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.
  • 16. Profesor José Luis Gajardo 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.
  • 17. Cálculo de la Profesor José Luis Gajardo aceleración centrípeta
  • 18. Fuerza centrípeta: Profesor José Luis Gajardo En la figura, se observa el vector fuerza centrípeta (Fc) y el vector aceleración normal o centrípeta (ac) http://www.meet-physics.net/David- Harrison/castellano/ClassMechanics/VertCircular/VertCircular.html
  • 19. Profesor José Luis Gajardo Como el módulo de una fuerza es masa por aceleración, tendremos que: Fc = m • ac Pero sabemos que ac = v2/r, por lo que el módulo de Fc será: Fc = m • v2 r