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SOBRE LAS FUERZAS

DE INERCIA


Newton

Un cuerpo puede manifestar tres estados de movimiento:

        a) reposo

        b) movimiento uniforme

        c) movimiento acelerado  

 

    

Los dos primeros tienen en común que no se percibe ninguna aceleración y sus efectos físicos son iguales para los dos.

Pensemos por ejemplo en los astronautas en el espacio. Sea que la nave está parada o en movimiento libre sin acelerar, los astronautas no notan que se mueva. Claro, si miran por la ventanilla claro que verán que se mueve, pero si les tapamos la ventanilla ni se enteran de que se están desplazando. Esto en física se dice son observadores inerciales. Astronauta

La cosa cambia cuando nos encontramos en movimiento acelerado. Notamos un efecto clarísimamente. Por ejemplo, si vamos en un coche y aceleramos lo notamos. Lo mismo cuando despega un avión o cuando subimos y bajamos en ascensor. Quién está sometido a tales efectos ya no es un observador inercial, sino uno no inercial. Pero hay una particularidad, en todos estos casos de movimiento acelerado notamos que una fuerza actúa sobre nosotros. Esto se verá más claro si imaginamos un acelerón brusco en el coche. Nos quedamos clavados al respaldo del asiento. Y si el ascensor sube a toda pastilla nos quedamos en el suelo más pegados cuanto más acelera el ascensor. Está claro que donde hay aceleración hay fuerza. Esto lo expresó el señor Isaac Newton diciendo:

  F = masa * aceleración

  (odiada formulita con la que los profesores de bachillerato nos dieron tanto la tabarra).  

Pero no acaba aquí la cosa. Precisemos más lo anterior. También recordaremos una frasecita que  nos tuvimos que aprender para aprobar la asignaturita de porras en el bachillerato. A toda fuerza ejercida, se pone otra de igual magnitud y dirección pero de sentido opuesto. ¿Qué quiere decir esto? Si vamos en un coche y vamos acelerando éste sin duda va ganando velocidad pues la fuerza del motor tira cada vez más de él pero nosotros notamos que una fuerza (la que mencioné en el párrafo de arriba) nos mantiene pegados al respaldo del sillón. Es la fuerza de sentido opuesto de la susodicha frasecilla. Lo mismo ocurre en el caso del ascensor. Cuanto más acelera para subir, y por tanto, más fuerza se emplea para hacerlo subir, a la vez, notamos que más nos quedamos clavados al suelo. Esta fuerza que nos mantiene pegados al suelo es la fuerza de sentido opuesto.

Choque (imagen de web pacocostas.com)  

En el caso de un choque, la desaceleración produce

 una fuerza inercial en sentido contrario

Una puntualización más sobre este tema. La fuerza opuesta en un sistema acelerado también se puede interpretar como la acción de la inercia. Sería muy engorroso explicar las diferencias de planteamiento que dan lugar si se consideran sistemas inerciales o acelerados aunque después obtengamos un mismo resultado por lo que entraremos en esos detalles. Volvamos al  ejemplo del coche para aclarar la acción de inercia. Cuando vamos en el coche y aceleramos tenemos claro que una fuerza opuesta nos pega hacia el respaldo del sillón. Pero también se puede interpretar de otra manera: cuando acelero el vehículo la inercia del movimiento tiende a mantenerme a la velocidad a la que estaba antes de acelerar lo cual implica que por unos instantes mi cuerpo no va a la nueva velocidad y choca contra el respaldo del sillón del coche, que va más rápido. Ambas explicaciones son igualmente válidas.

Estas son puntualizaciones necesarias pues ahora vamos al verdadero meollo del asunto: las fuerzas de inercia. Estas se llaman en física a las que surgen en los movimientos giratorios de cuerpos sólidos. Cuando hablamos de cuerpo sólidos nos referimos, por ejemplo, a la Tierra, un CD-Rom, etc. Cuando un cuerpo ejecuta un movimiento giratorio aparece una fuerza: la fuerza centrípeta. Esta fuerza está dirigida hacia el eje de giro del cuerpo. Y, a esta fuerza, debe oponerse otra tal y como hemos indicado más arriba. Pues bien, a la fuerza centrípeta se oponen las fuerzas de inercia. Decimos “las” porque son dos. La fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis.

La fuerza centrífuga se dirige justo en sentido opuesto a  donde se haya el eje de la rotación.  Y actúa aunque estemos quietos sobre el cuerpo que gira. Un ejemplito que aclare esta fuerza. La Tierra ejecuta un movimiento giratorio sobre su eje. Tiene una fuerza centrípeta (gravedad) pero también actúa sobre la Tierra la fuerza centrífuga. Esta es la responsable de que la Tierra esté un poquito más alargada por el ecuador que por los polos (vamos, que tiende a hacerla parecer un balón de rugby, sólo que la fuerza centrífuga terrestre es muy débil). 

Gaspard de Coriolis

Gaspard de Coriolis

La otra fuerza es la de Coriolis, en honor al físico francés Gaspard de Coriolis que fue quien la descubrió. Esta actúa sobre una partícula que se mueva sobre un cuerpo en movimiento giratorio. Aquí sucede lo siguiente. En un cuerpo giratorio no todas sus partes giran a la misma velocidad. Las partes más alejadas del eje giran más rápido y esto tiene ciertos efectos.

 

Hormiga sobre un disco

Imaginemos una hormiga que se desplaza sobre un disco.

 Esta acabaría siguiendo una sucesión de bucles circulares

 

 Imaginémonos una hormiga sobre un disco que gira sobre si mismo en sentido contrario al de las agujas del reloj. Supongamos que la hormiguita está en el centro del disco y empieza a caminar en dirección al borde.

 Cuanto más se aproxima al borde notará que más rápido gira el disco pero ella tiene una velocidad menor ya que arrastra la inercia de la zona central del disco, donde la velocidad es menor. Nuestra amiga notará que se ve empujada en dirección contraria a la del movimiento del disco (o sea, en sentido de las agujas del reloj). A su vez, cuando avanza del borde hacia el centro camina de la zona de movimiento más rápido a la zona de movimiento más lento por lo que se ve empujada hacia delante en el sentido del giro. Como vemos, acaba describiendo sobre el disco aproximadamente un círculo. Esta fuerza tiene una importancia fundamental en meteorología, en la formación de ciclones.

Sucede este fenómeno de la siguiente forma. Las regiones ecuatoriales de la Tierra llevan una velocidad mayor que las polares. Cuando las corrientes de aire avanzan desde el ecuador hacia el polo norte, al avanzar de la zona de mayor velocidad hacia la zona de menor velocidad, la inercia de su movimiento más rápido desplaza a estas corrientes en el sentido de la rotación terrestre (que es de oeste a este). O sea, las corrientes se desplazan a la derecha. Cuando las corrientes de aire regresan de los polos hacia el ecuador viajan de la zona más lenta a la más rápida con lo que la inercia las lleva en sentido contrario al movimiento terrestre, o sea a la izquierda, de este a oeste. Así, igual que en el caso del disco, las corrientes de aire describen un circulo y se forma el ciclón. El ciclón en el hemisferio norte terrestre gira siempre hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj.

La Tierra
Circulación de corrientes Ahora veamos como se mueven en el hemisferio sur. Cuando las corrientes de aire viajan del ecuador hacia el polo sur viajan de la zona más rápida a la zona más lenta por lo que se ven empujados en el sentido de la rotación terrestre, o sea, a la derecha, de oeste a este. Cuando retornan del polo sur hacia el ecuador viajan de la zona más lenta a la zona más rápida por lo que su movimiento se ve retardado por la inercia y se desplazan en sentido contrario al de la rotación terrestre, o sea, de este a oeste. Como vemos, en el caso del hemisferio sur, los ciclones se desplazan en sentido contrario al de las agujas del reloj.

-Artículo redactado por David Sosa-