La Ciencia de la Centrífuga

 In Sin Categoría

Todos los cuerpos del universo siguen una trayectoria que puede ser recta o circular. En los movimientos rectilíneos la aceleración puede cambiar pero no así la dirección del movimiento. Para que un cuerpo se mueva de manera circular, necesita que se ejerza una fuerza dirigida hacia el centro. También existen otras fuerzas no circulares y que parecen aleatorias como el movimiento Browniano. En este artículo vamos a conocer la fuerza centrífuga y los sistemas de gravedad artificial aplicados en la ciencia ficción.

Para comenzar vamos a explicar conceptos como fuerza centrífuga y fuerza centrípeda. Cuando un cuerpo tiene un movimiento circular, este sufre la acción de una fuerza denominada fuerza centrípeda, dirigida en dirección al centro de la curvatura de la trayectoria que describe:

 

centrifuga1

 

Un ejemplo de este fenómeno puede ilustrarse cuando un lanzador de martillo empieza a girar para realizar un lanzamiento en una competición. Como el peso está atado por medio de un alambre al lanzador, cuando este empieza a girar la bola sufre una fuerza (el alambre tira de la bola hacia el lanzador) que el lanzador es capaz de sentir.

Ahora bien, esto es lo que nosotros veríamos, por ejemplo, si mirásemos ese objeto desde arriba (tal y como está en el esquema). ¿Qué pasa si nosotros estamos dentro de ese cuerpo, que se mueve en círculos? En ese caso dejamos de estar en un sistema de referencia inercial (es decir, estamos en un sistema de referencia que tiene una aceleración no nula), y las cosas se vuelven un poco diferentes.

Para una persona que se sitúe dentro del cuerpo anterior (imaginemos que somos el peso del martillo), aparece una fuerza hacia fuera de la órbita. Esta fuerza se denomina fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga puede sentirse muy fácilmente cuando se toma una curva en coche con algo de velocidad: enseguida sentimos que algo nos empuja hacia fuera de la curva.

Hasta aquí todo está muy bien, pero ¿qué tiene que ver con la gravedad artificial? En muchos Films hemos visto naves que viajan al espacio exterior, muchas de ellas tienen una estructura anular en el borde, que es donde viven los tripulantes. Cuando la tripulación se coloca en ese anillo y este empieza a rotar, la fuerza centrífuga les empuja hacia fuera de la nave. Ahora bien, si esta está construida de modo que el círculo exterior del anillo es el suelo de la nave, la fuerza centrífuga les empuja contra el suelo. Si se pudiera controlar cuanta fuerza se aplica a los tripulantes, podríamos aplicar una fuerza igual a la gravitatoria en la superficie terrestre y estos no notarían que están flotando en el espacio.

centrifuga2

Esta fuerza se puede controlar con distintos parámetros. Por una parte, el radio de curvatura que describe el cuerpo influye de forma inversamente proporcional (a menor radio, más fuerza). El otro parámetro es la velocidad de giro. Cuanto mayor sea esta, mayor será la fuerza centrífuga (por eso en un coche, cuanto más rápido tomamos la curva más notamos ese empuje hacia fuera). Como el radio de curvatura viene fijado por el diseño de la nave y no puede cambiarse una vez construida, el parámetro con el que podemos jugar (y es precisamente el que utilizan en la película) es la velocidad de rotación.

Para un cuerpo rotando, la aceleración centrípeta viene determinada por la relación:

centrifuga3

Donde es la velocidad lineal del objeto. Se puede expresar también en función de , la velocidad angular. Haciendo un poco de matemáticas. Si nosotros construyéramos una nave con un diámetro de unos 64 metros, esto es, un radio de 32 metros. Para generar los 9.8 m/s² terrestres, la nave necesitaría moverse a 17.7 m/s, o lo que es lo mismo, dar algo más de 5 vueltas por minuto (~5.3 vueltas/min) para simular la gravedad terrestre.

La fuerza centrífuga no solo esta aplicada en la ciencia, también se puede observar en la vida cotidiana, por ejemplo en los columpios de los niños que hay en el parque. Si los niños o las pelotitas verdes del siguiente video no estuvieran sujetos, saldrían despedidos en sentidos opuestos al centro.

Una vez más nos despedimos esperando la información sea de su interés. Para dudas o comentarios escríbanos a mercadotecnia@metrixlab.com.mx

Recent Posts

Start typing and press Enter to search