Tema 3. Movimiento circular uniforme


Fotografía de Boris23 de dominio público

Los movimientos más habituales no son rectilíneos. No tenemos mas que mirar a nuestro alrededor: a pesar de que la trayectoria recta es la más corta entre dos puntos, los automóviles se mueven por carreteras con curvas y con cambios de rasante, o bien se desvían para adelantar o detenerse; cuando un jugador de baloncesto lanza a canasta, el balón sigue una trayectoria parabólica, como ya viste en el tema 1; las ruedas de una bicicleta giran, lo mismo que hace la Luna alrededor de la Tierra, y también hay casos en los que las trayectorias son muy complejas, como sucede en cualquier montaña rusa. O situaciones en las que el movimiento es aleatorio, sin seguir ningún patrón geométrico, tal y como veremos que sucede en las partículas de un gas, cuando abordemos la Química en la segunda parte del curso.


Animación del Proyecto Newton bajo licencia
de uso educativo no comercial

En este tema vamos a describir un caso de gran interés y particularmente sencillo, en el que el móvil gira con rapidez constante (en intervalos de tiempo iguales recorre siempre el mismo espacio) y siempre a la misma distancia del centro de giro, es decir, con radio de giro fijo. El movimiento se llama circular uniforme, y se suele indicar como mcu; aquí tienes como ejemplo las dos ruedas dentadas de un engranaje.

Seguramente habrás pensado en las agujas de un reloj como caso característico, pero tienes casos tan cercanos como los taladros, las lavadoras o las ruedas de coches, bicicletas o de cualquier otro tipo de móvil. También se utiliza a escala microscópica en el modelo de Bohr para describir el movimiento de los electrones alrededor del núcleo de los átomos, como veremos en Química, y a escala planetaria en relación con el giro de la Luna alrededor de la Tierra y de los planetas alrededor del Sol.

 

En la imagen puedes ver un mecanismo que se ha utilizado durante siglos para mover las muelas de los molinos de trigo, que gira a velocidad constante movido por el agua.


Fotografía de Moehri bajo licencia GNU
Icono de iDevice Caso de estudio

 

Fotografía de la NASA de dominio
público

Hay un caso de pista circular particularmente llamativo en Nardó, localidad situada en el tacón de la bota que forma la península italiana. Se trata de una pista de pruebas para vehículos en la que se han batido récords de velocidad, superándose los 400 km/h.

Las imágenes vía satélite que facilita la NASA resultan espectaculares. Fíjate en que la pista se observa con toda nitidez gracias a sus 12,5 km de longitud y a que sus muros exteriores tienen 3 metros de altura.

La trayectoria seguida por un móvil que lleva mcu es circular, y mantiene una distancia constante al eje de giro, que es precisamente el radio de la circunferencia que traza al moverse.

Puede que te plantees preguntas tales como el radio que tiene la pista, para hacerte una idea de su tamaño, o el tiempo que le cuesta a un automóvil dar una vuelta completa si circula a 300 km/h.

A pesar de no haber entrado todavía en el mcu, puedes responder esas cuestiones utilizando lo que ya sabes.

En primer lugar, como la longitud de la circunferencia es , y sabes que es 12,5 km, resulta que r es de casi 2 km (1989,4 m exactamente).

En cuanto al tiempo que necesita para dar una vuelta, puedes hacer una sencilla proporción para determinar que en 150 s da una vuelta completa. Al fin y al cabo, en cuanto a espacio recorrido ¿qué más da la forma de la trayectoria? Por tanto, debes razonar exactamente igual que lo hacías en el movimiento rectilíneo.

Por último, ¿cómo se puede localizar al coche sobre la pista en un momento dado?