Movimiento circular

El movimiento circular es el que recorre una partícula o cuerpo por una circunferencia. Este movimiento tiene un eje y todos los puntos por los que pasa la partícula se encuentran a una distancia constante (r) del eje.

Existen diferentes variables o conceptos muy importantes para explicar el movimiento circular:

Eje: punto fijo en el centro de la circunferencia por la que gira el cuerpo.

Radio: distancia a la que gira el punto P sobre el eje O (en nuestro caso r).

Posición: punto P en el que se encuentra la partícula.

Velocidad angular: define la variación angular por unidad de tiempo (ω).

Velocidad tangencial: es el módulo de la velocidad en cualquier punto del giro y viene definido como el recorrido, en unidades de longitud, que describe P por unidad de tiempo (v_t).

Aceleración angular: es el incremento de velocidad angular por unidad de tiempo (α).

Aceleración tangencial: se define como el incremento de velocidad lineal por unidad de tiempo (a_t).

Aceleración centrípeta: componente que va dirigida hacia el centro de la circunferencia. Representa el cambio de dirección del vector velocidad (a_cen).

Período: tiempo T que tarda la partícula en dar una vuelta al círculo.

Frecuencia: número de vueltas f que recorre la partícula en una unidad de tiempo. Se expresa en ciclos/seg o hertzios.

Tipos de movimientos circulares.

Movimiento circular uniforme (MCU)

es el movimiento que describe una partícula cuando da vueltas sobre un eje estando siempre a la misma distancia (r) del mismo y desplazándose a una velocidad constante.

Formulas

φ=φ0+ω⋅t

ω=constante

α=0

Donde:

φ, φ0: Posición angular del cuerpo en el instante estudiado y posición angular del cuerpo en el instante inicial respectivamente. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián (rad).
ω: Velocidad angular del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián por segundo (rad/s).
α: Aceleración angular. Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el radián por segundo al cuadrado (rad/s²).

LABORATORIO

Aquí podemos ver el tipo de movimiento que es y varios resultados si quieres experimentar esto aquí el link: https://www.fisicalab.com/apartado/ecuaciones-mcu#contenidos

Ahora te dejamos un problema para que entiendas

Un tren de juguete apodado "el torpedo" recorre una trayectoria circular de 2 metros de radio sin posibilidad de cambiar su velocidad lineal. Sabiendo que tarda 10 segundos en dar una vuelta, calcular:

a) Su velocidad angular y su velocidad lineal.
b) El ángulo descrito y el espacio recorrido en 2 minutos.
c) Su aceleración.

SOLUCIÓN

Cuestión a)

Datos

R = 4 m
T = 10 s

RESOLUCIÓN

Para calcular la velocidad angular, utilizaremos la siguiente expresión:

ω=2⋅πT⇒ ω=6.28 rad10 s⇒ ω=0.628 rad/s

La velocidad lineal es:

v=ω⋅R⇒ v=0.628 rads/⋅2 m⇒ v=1.26 m/s

Cuestión b)

Datos

ω = 0.628 m
t = 2 min = 120 s
R = 2 m
φ₀ = 0 rad (Suponemos que el ángulo inicial es 0 rad).
s₀ = 0 m (Suponemos que el espacio recorrido inicial es 0 m

Resolución

Para calcular el ángulo recorrido: