Un movimiento circular es aquel en que la unión de las sucesivas posiciones de un cuerpo a lo largo del tiempo (trayectoria) genera una curva en la que todos sus puntos se encuentran a la misma distancia R de un mismo punto llamado centro.
Este tipo de movimiento plano puede ser, al igual que el movimiento rectilíneo, uniforma o acelerado. En el primer caso, el movimiento circunferencial mantiene constante el módulo de la velocidad, no así su dirección ni su sentido. De hecho, para que el móvil pueda describir una curva, debe cambiar en todo instante la dirección y el sentido de su velocidad. Bajo este concepto, siempre existe aceleración en un movimiento circunferencial, pues siempre cambia la velocidad en el tiempo, lo que no debemos confundir, es que si un movimiento circular es uniforme es porque su “rapidez” es constante.
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
Cuando un objeto gira manteniendo su distancia a un punto fijo, llamado centro de giro, de manera que su rapidez lineal es constante, diremos que tiene un movimiento circunferencial uniforme (M.C.U.). En un MCU, el cuerpo que gira describe arcos de circunferencia iguales en tiempos iguales. Un ejemplo de este tipo de movimiento es el de un carrusel de un parque de diversiones.
En el MCU el módulo de la velocidad no cambia (por ser uniforme), pero si la dirección (por ser curvilíneo). La velocidad es un vector tangente a la trayectoria circular, por lo que es perpendicular al radio.
Imaginémonos que el móvil A describe una circunferencia de centro O y Radio OA = R. Si en el intervalo de tiempo t el móvil se ha desplazado desde A hasta B, el desplazamiento angular es .
VELOCIDAD ANGULAR
La velocidad angular del móvil es el ángulo descrito por el radio en la unidad de tiempo, o sea:
Velocidad angular = desplazamiento angular
Intervalo de tiempo
Designándola por la letra , tendremos:
=
t
La velocidad angular indica que tan rápido gira un cuerpo, se puede medir en grados por segundo (°/s). Sin embargo, se expresa en radianes por segundo (rad/s).
Un RADIÁN es el ángulo del centro comprendido en un arco de circunferencia cuya longitud es igual al radio de ella (R). En un ángulo completo de 360° hay exactamente 2 radianes, entonces un radián equivale a 57,3° aprox. , para hacer más fácil nuestro trabajo, adjuntamos a continuación una tabla de equivalencias de radianes y grados:
Grados
Radianes
360°
2 rad
180°
rad
90°
/2 rad
60°
/3 rad
45°
/4 rad
30°
/6 rad
57,3°
1 rad
Gracias a los radianes, podemos calcular la medida de un arco de circunferencia, que es un segmento de la misma circunferencia, cuya longitud se puede estimar conociendo el ángulo que subtiende o desplazamiento angular ( ), pero expresado en radianes, y el radio (R):
d = R
El período es el tiempo que tarda el móvil en dar una vuelta o revolución completa con el MCU designándolo por T:
Período (T) = Tiempo empleado
Número de vueltas
Como una vuelta completa corresponde a 2 radianes, y el cuerpo la describe en un período T, = 2 rad, t = T:
= 2
T
La frecuencia es el número de revoluciones que da el cuerpo en una unidad de tiempo, se nombra con la letra y, como sabemos, la frecuencia y el período de un movimiento están relacionados. Para relacionar y T, basta observar que estas magnitudes son inversamente proporcionales y, así podemos establecer que si en el tiempo T (un período) se efectúa una vuelta, en la unidad de tiempo se efectuaran vueltas (frecuencia):
= 1 o, = Número de revoluciones
T Tiempo empleado
Sus unidades son vueltas / segundo (hertz = Hz), revoluciones por minuto (r.p.m.), revoluciones por segundo (r.p.s.). Sin embargo, en el SI la frecuencia se expresa en Hertz (Hz), que corresponde a una revolución por segundo.
1 Hz = s-1 = 1
s
¿ES LO MISMO DECIR ROTACIÓN O REVOLUCIÓN?
No, son conceptos completamente distintos, ya que tanto la plataforma giratoria de un juego mecánico (por ejemplo el “Tagadá”) como una patinadora sobre hielo que hace una pirueta giran alrededor de un eje, que es la línea recta alrededor de la cual se lleva a cabo la rotación. Cuando un objeto gira alrededor de un eje interno, esto es, un eje situado dentro del cuerpo del objeto, el movimiento se llama rotación o giro. O sea El movimiento del Tagadá y el de la patinadora son rotaciones.
En cambio, cuando un objeto gira alrededor de un eje externo, su movimiento se llama revolución. El juego mecánico efectúa rotación, pero los ocupantes que están en el borde exterior de la plataforma realizan una revolución en torno al eje del juego.
Un claro ejemplo son los movimientos de la tierra: efectúa una revolución alrededor del Sol cada 365,25 días y una rotación cada 24 horas alrededor de su eje que pasa por los polos geográficos.
ALGUNOS CONCEPTOS CLAVES PARA ENTENDER LO QUE SIGUE SON
La dirección de la velocidad de un móvil en movimiento circular es tangente a la circunferencia que describe.
Un móvil tiene aceleración tangencial at siempre que cambie el módulo de la velocidad con el tiempo. El sentido de la aceleración tangencial es el mismo que el de la velocidad si el móvil acelera y es de sentido contrario, si se frena. Un móvil que describe un movimiento circular uniforme no tiene aceleración tangencial.
RAPIDEZ LINEAL
Como todos sabemos, la rapidez media de un cuerpo en movimiento se relaciona con la distancia recorrida ( d) y el tiempo empleado ( t) como muestra la siguiente expresión:
V = d
t
Si el movimiento es uniforme, la rapidez media es la misma que la instantánea, ya que en un momento determinado el cuerpo va a tener la misma rapidez, ya que como es constante…La rapidez media la llamamos RAPIDEZ LINEAL O VELOCIDAD TANGENCIAL. Además, en un movimiento circular, la distancia recorrida d se puede calcular a través de la siguiente expresión:
d = R • (siendo el desplazamiento angular del radio R)
Por lo que tendríamos, dividiendo en ambos lados por t:
V = R •
t
Y como = (desplazamiento angular)/ t, de manera que reemplazamos en la ecuación anterior y así relacionamos la rapidez lineal con la angular, lo que queda:
V = R • o, = V / R
Donde se mide en rad/s, y R se mide en m.
