Fisica General Burbano

104 FUERZA Y MASA. LAS TRES LEYES DE NEWTON. ESTÁTICA DE LA PARTÍCULA
decir, con aceleración respecto de otro inercial. Interpretar de esta forma los movimientos nos obliga,
como vamos a ver, a introducir en su descripción unas fuerzas ficticias desde el punto de vista
de un observador inercial, a las que llamaremos FUERZAS DE INERCIA o PSEUDOFUERZAS.
Por ahora analicemos unos ejemplos sencillos que nos conducirán a enunciar el principio de
equilibrio dinámico. Supongamos que un observador desde la acera de una carretera (sistema
inercial) ve arrancar un coche y describe el fenómeno diciendo que por efecto de la fuerza producida
por el motor el coche se mueve con una aceleración, y cuantifica el fenómeno escribiendo la
segunda ley de Newton: F = Ma. Un observador en el interior del coche (sistema no inercial) dice
que debido a la fuerza que el motor ejerce sobre el auto, sobre él actúa una fuerza en sentido contrario
que le aprieta al respaldo del asiento, concluye diciendo que sobre el coche con todos sus
ocupantes, actúa una fuerza (que repetimos, es ficticia desde el punto de vista inercial) de sentido
contrario a la fuerza producida por el motor. Es decir, el observador no inercial saca en consecuencia
que: «Cuando una fuerza (F) produce una aceleración a un cuerpo, se origina en éste, una
fuerza igual y opuesta a la primera. El valor de esta fuerza es – Ma, tal fuerza se llama “FUERZA DE
INERCIA”». `[Principio de Jean le Rond D’ALEMBERT (1717-1783].
F
− Ma
= 0
Fig. V-25.– Descripción del movimiento
del péndulo cónico por un
observador montado en la partícula
(sistema no inercial).
«En todo sistema, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él incluidas las de inercia,
ha de ser igual a cero» (PRINCIPIO DE EQUILIBRIO DINÁMICO).
Las fuerzas de inercia no verifican al principio de acción y reacción puesto que no son el producto
de la interacción entre dos cuerpos.
Este método de resolver los problemas, menos pedagógico
que la aplicación del segundo principio de Newton, y en el
que utilizaremos no sólo las fuerzas «reales» sino también las
de inercia, nos reduce el problema dinámico a uno de estática
que en ocasiones es más sencillo e incluso más intuitivo.
Analicemos otro ejemplo que nos permite aclarar más lo
anteriormente dicho. Supongamos la situación esquematizada
en la Fig. V-24. El vehículo se mueve con aceleración a
hacia la derecha. El observador inercial interpreta la inclinación
del péndulo razonando que, para que la esfera se acelere
solidariamente con todo el vehículo, la resultante F = mg +
T debe ser horizontal, verificándose F = ma. Por la misma
razón, su compañero del interior del vehículo debe agarrarse
fuertemente al soporte. El observador no inercial, que supondremos
incapaz de ver el exterior del vehículo, además de
Fig. V-24.– Fuerzas de inercia.
notar un tirón hacia la izquierda que debe compensar con la
fuerza de su brazo para evitar caer, ve el péndulo inclinado y
en reposo con respecto a él. Si quiere asociar reposo con
fuerza resultante nula, debe introducir una fuerza, F in , sobre el péndulo para escribir:
T + mg + F in = 0, o bien: F + F in = 0, respondiendo esta ecuación al principio de D’Alambert. Tanto
el observador inercial como el no inercial pueden escribir ecuaciones válidas referentes al péndulo,
F = ma y F + F in = 0 respectivamente (con F in = –ma).
De la misma naturaleza es, la fuerza que tira hacia afuera al ocupante de un vehículo que describe
una curva (fuerza centrífuga), causa ésta misma de la ingravidez en un vehículo espacial.
Analicemos desde éste punto de vista el ejemplo dado en el párrafo V-12 y que representábamos
en la Fig. V-14. Si nos situamos ahora sobre la masa m como observadores no inerciales (Fig.
V-25) notaremos una fuerza que nos empuja hacia fuera y veremos el centro de la trayectoria
siempre a la misma distancia de nosotros, es decir, respecto de la dirección radial estamos en reposo.
Escribiremos (principio de D’Alembert): T + mg + F cf = 0, o bien la componente horizontal de
T: T H = F cf , donde con F cf designamos a la fuerza que nos empuja hacia fuera y que llamaremos
FUERZA CENTRÍFUGA. Esta fuerza, que nos inventamos y que nadie nos hace, es de igual módulo y
de sentido contrario que la centrípeta, F cf = –mv 2 n/R (n es el vector unitario normal a la trayectoria
de la partícula y dirigido hacia su centro).
Como se ve en las ecuaciones anteriores, ambos observadores llegarán a los mismos resultados
numéricos para sus cálculos. El observador inercial no interpreta la «tendencia» hacia afuera del no
inercial como una fuerza, sino como una «tendencia» (inercia) a seguir con movimiento rectilíneo y
uniforme.
Para la resolución de muchos problemas de mecánica, nos conviene describir el movimiento
de una partícula en movimiento curvilíneo, desde el punto de vista de un observador montado en
ella (sistema no inercial), por la simplificación que ello introduce.
PROBLEMAS: 55, 59, 71, 72, 95, 104 y 123.
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