Nuestro grupo de expertos pasados muchos días de investigación y de recopilar de datos, han obtenido la respuesta, deseamos que te sea de utilidad para tu trabajo.
Solución:
Primero, debe afirmarse que las leyes de Newton solo se cumplen en marcos inerciales. Lo que esto significa es que las aceleraciones deben surgir de fuerzas (Segunda Ley), y estas fuerzas surgen de interacciones (Tercera Ley). El problema con los marcos giratorios es que las aceleraciones surgen cuando las fuerzas de interacción no están presentes, por lo que las leyes de Newton no se mantienen en los marcos giratorios.
Sin embargo, la segunda ley ($ mathbf F = m mathbf a $) es agradable de usar ya que nos dice cómo determinar la posición y la velocidad de un cuerpo dadas las condiciones iniciales. Por lo tanto, definimos fuerzas centrífugas y de Coriolis “ficticias” para mantener este marco. Son “ficticios” porque son un artefacto del marco de referencia giratorio en lugar de interacciones, pero no son falsos (por ejemplo, son muy reales para cualquiera que dé una vuelta cerrada en un automóvil). Básicamente, hemos optado por abandonar la tercera ley para mantener la segunda.
Ahora, en su consulta específica: si está en un marco giratorio y hay una fuerza que se opone igualmente a la fuerza centrífuga, entonces sí, la fuerza neta es cero (suponiendo que tampoco haya fuerza de Coriolis). Por lo tanto, en el marco giratorio no hay aceleración del objeto en cuestión.
Por supuesto, si observara el escenario desde un marco inercial, tendría una aceleración del objeto distinta de cero, ya que ahora hay una fuerza neta distinta de cero que es la fuerza centrípeta.
La fuerza centrífuga es una “fuerza ficticia” que aparece cuando se trabaja en un sistema de coordenadas giratorio. Básicamente (junto con la fuerza de Coriolis) es la fuerza imaginaria que, si fuera real, haría que los objetos se muevan con respecto a un sistema de coordenadas fijo, no giratorio, de la misma manera que lo hacen. Realmente mover (debido a la inercia) con respecto a las coordenadas de rotación que estamos usando.
Si todo eso suena realmente confuso, consulte la segunda mitad de esta respuesta anterior que escribí, donde trato de explicar esto con más detalle (¡y con imágenes!).
De todos modos, el punto de estas fuerzas ficticias es que nos permiten aplicar las mismas leyes y fórmulas de la física newtoniana en un marco de referencia rotatorio como lo haríamos en uno no rotatorio, y aún así obtener resultados físicamente correctos, siempre que recordemos incluir también el efecto de esas fuerzas imaginarias en todos los objetos.
Por ejemplo, en un sistema de coordenadas normal no giratorio, un objeto estacionario permanecerá estacionario si (y solo si) todas las fuerzas que actúan sobre él se cancelan, de modo que la fuerza neta que actúa sobre el objeto es cero. En un sistema de coordenadas giratorio, un objeto que está estacionario con respecto a las coordenadas (es decir, rotar junto con ellos alrededor del mismo eje a la misma velocidad) seguirá siendo así si (y solo si) todos los e imaginario las fuerzas que actúan sobre él se cancelan, dejando una fuerza neta (aparente) de cero.
Aquí hay un ejemplo simple, tomado de la respuesta que vinculé anteriormente. Imagina dos esferas flotando en el espacio cerca una de la otra. Si no hace nada, seguirán flotando allí. Si empuja a cada uno de ellos en diferentes direcciones, cada uno flotará en la dirección en que los empujó, alejándose el uno del otro. Pero si las esferas se han unido con un string, entonces la tensión del string ejercerán una fuerza centrípeta que curvará sus trayectorias en círculos:
Ahora, si miramos el mismo sistema de dos esferas y un string en un sistema de coordenadas que gira junto con ellos, entonces las esferas Mira como si estuvieran inmóviles. Pero claramente algo todavía está tirando del string tenso (y, si es elástico, estirándolo), contrarrestando la fuerza de tensión que está uniendo las esferas. A esta fuerza aparente (que en realidad es solo inercia, oculta por el hecho de que nuestro sistema de coordenadas está girando) la llamamos “fuerza centrífuga”:
En este ejemplo, dado que las esferas están inmóviles con respecto al sistema de coordenadas giratorio, y dado que las fuerzas centrípeta y centrífuga se equilibran, permanecerán inmóviles con respecto a las coordenadas de rotación, es decir, continuarán girando alrededor del mismo eje a la misma velocidad.
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