MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME FÓRMULAS EJEMPLOS Y EJERCICIOS RESUELTOS MCU PDF
¿Qué es el MCU o movimiento circular uniforme ?
Es el movimiento de trayectoria circular en donde el valor de la velocidad del móvil se mantiene constante en todo instante (pero su dirección cambia).
Se recorren en la circunferencia distancias iguales en tiempos iguales y también se describen ángulos centrales iguales en tiempos iguales
OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE :
Al finalizar la unidad, serás capaz de :
• Conocer y describir las características y propiedades de un movimiento circunferencial
• Reconocer y verificar que en un movimiento circular uniforme , las magnitudes de la velocidad y aceleración no cambian, pero sí sus direcciones.
• Relacionar las variables circulares con las rectilíneas.
Estudiaremos ahora uno de los movimientos más hermosos y perfectos que se presentan en la naturaleza, el movimiento circular.
Sabemos que los planetas giran alrededor del Sol con velocidades variables en órbitas elípticas; sin embargo, para efectos prácticos consideraremos estos movimientos casi circulares y uniformes.
El movimiento circular uniforme se produce cuando la trayectoria que describe un cuerpo es una circunferencia, y además, el cuerpo se mueve siempre con una rapidez constante.
En este tipo de movimiento, la velocidad del cuerpo que gira en cualquier punto de la trayectoria tiene dirección tangencial a la misma, y por lo tanto, es perpendicular al radio de la circunferencia.
Así, la magnitud de la velocidad es constante, pero su dirección varía; esto hace que este movimiento sea acelerado. Esta aceleración, como veremos más adelante, tiene dirección radial y hacia el centro de la trayectoria, y es producida por una fuerza, que es, precisamente, la responsable de este tipo de movimiento.
Otros ejemplos de fuerzas que originan este mismo movimiento son la que ejerce la Tierra sobre la Luna, o la que produce una cuerda sobre un objeto que gira atado en su extremo.
¿Qué sucedería si, por ejemplo, se reventara la cuerda, o desapareciera esa fuerza? .
El objeto saldría despedido en la dirección de la flecha tangente ; el objeto en movimiento tendería a moverse en una trayectoria rectilínea por inercia, pues ahora no habría fuerza externa alguna que le cambiara ese estado de movimiento.
En el movimiento circular, la fuerza es necesaria para desviar al cuerpo de su movimiento inercial; se trata de una fuerza dirigida hacia el centro del círculo; por eso, se le llama fuerza centrípeta. La descripción anterior ilustra, además, que la llamada fuerza centrifuga, o pseudofuerza (hacia fuera del centro), no desempeña ningún papel en la despedida del objeto cuando la cuerda se rompe; para el movimiento inercial se supone que la fuerza total es nula (en este caso, no consideramos la fuerza de gravedad).
Cuando nos desplazamos en línea recta dentro de un automóvil con velocidad constante, y en determinado momento éste realiza un viraje curvado hacia la izquierda, tenemos la sensación de ser empujados hacia la derecha, y ese costado del automóvil es el que nos impide salirnos hacia fuera; en este caso, tampoco se trata de una fuerza centrífuga que nos quiera expulsar, sino de la fuerza centrípeta que modifica el movimiento inercial original del automóvil; nuestra tendencia a seguir en línea recta es la que en realidad justifica ese tiro hacia fuera cuando interviene una fuerza centrípeta.
En un cuerpo rígido, todas las partículas que lo conforman describen un movimiento de rotación igual, dando una vuelta respecto del centro o eje en el mismo tiempo; en el caso de la Tierra, en el ecuador, a 45° de latitud norte o sur, e incluso en los polos, todo gira alrededor del eje, una vez en 24 h. Analicemos el siguiente juego acrobático en el cual un ciclista entra en un rizo, de abajo arriba, y describe una circunferencia completa, a pesar de que la parte superior de esta circunferencia la recorre con la cabeza hacia abajo.
Para poder pasar felizmente la parte peligrosa del rizo, es decir, la parte superior, el ciclista debe llevar una velocidad suficientemente grande. Esta velocidad viene determinada por la altura desde la cual empieza a descender.
La velocidad mínima tolerable depende del radio del rizo.
A diario estamos rodeados por objetos que describen movimientos circulares: un disco compacto durante su reproducción, las manecillas de un reloj, las ruedas de una motocicleta, así como los planetas y satélites describen órbitas casi circulares, ..., etc
MOVIMIENTO DE ROTACIÓN DE LA TIERRA
Es un movimiento que efectúa la Tierra girando sobre sí misma a lo largo de un eje imaginario denominado Eje terrestre que pasa por sus polos. Una vuelta completa, tomando como referencia a las estrellas, dura 23 horas con 56 minutos y 4 segundos y se denomina día sidéreo.
Si tomamos como referencia al Sol, el mismo meridiano pasa frente a nuestra estrella cada 24 horas, llamado día solar. Los 3 minutos y 56 segundos de diferencia se deben a que en ese plazo de tiempo la Tierra ha avanzado en su órbita y debe de girar algo más que un día sideral para completar un día solar.
La primera referencia tomada por el hombre fue el Sol, cuyo movimiento aparente, originado en la rotación de la Tierra, determina el día y la noche, dando la impresión que el cielo gira alrededor del planeta. En el uso coloquial del lenguaje se utiliza la palabra día para designar este fenómeno, que en astronomía se refiere como día solar y se corresponde con el tiempo solar.
MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN DE LA TIERRA
Es un movimiento por el cual la Tierra se mueve alrededor del Sol. En 365 días con 6 horas, esas 6 horas se acumulan cada año, transcurridos 4 años, se convierte en 24 horas (1 día). Cada cuatro años hay un año que tiene 366 días, al que se denomina Año Bisiesto.
La causa de este movimiento es la acción de la gravedad, y origina una serie de cambios que, al igual que el día, permiten la medición del tiempo. Tomando como referencia el Sol, resulta lo que se denomina año tropical, lapso necesario para que se repitan las estaciones del año. Dura 365 días, 5 horas y 47 minutos. El movimiento que describe es una trayectoria elíptica de 930 millones de kilómetros, a una distancia media del Sol de prácticamente 150 millones de kilómetros ó 1 U.A. (Unidad Astronómica: 149 675 000 km). De esto se deduce que la Tierra se desplaza con una rapidez media de 106 200 km/h (29,5 km/s).
La trayectoria u órbita terrestre es elíptica. El Sol ocupa uno de los focos de la elipse y, debido a la excentricidad de la órbita, la distancia entre el Sol y la Tierra varía a lo largo del año.
A primeros días de enero se alcanza la máxima proximidad al Sol, produciéndose el perihelio, donde la distancia es de 147,5 millones de km , mientras que en los primeros días de julio se alcanza la máxima lejanía, denominado afelio, donde la distancia es de 152,6 millones de km.
Como se observa en el gráfico de arriba, el eje terrestre forma un ángulo de unos 23,5° respecto a la normal de la eclíptica, fenómeno denominado oblicuidad de la eclíptica. Esta inclinación, combinada con la traslación, produce sendos largos períodos de varios meses de luz y oscuridad continuadas en los polos geográficos, además de ser la causa de las estaciones del año, derivadas del cambio del ángulo de incidencia de la radiación solar.
