Calculadora de magnitud de fuerza en movimiento circular
Esta calculadora obtiene la magnitud de fuerza asociada al movimiento circular uniforme a partir de la masa, la velocidad angular y el radio. La misma magnitud se describe como fuerza neta centrípeta dirigida hacia el centro en un sistema inercial y como fuerza centrífuga aparente dirigida hacia fuera cuando se usa un sistema giratorio. Identificar el sistema de referencia evita acompañar un número correcto de una interpretación física equivocada.
Método y fórmula
Para una masa m en kilogramos, una velocidad angular ω en radianes por segundo y un radio r en metros:
F = m × ω² × r
El resultado se expresa en newtons porque kg × (rad/s)² × m se reduce a kg·m/s²; el radián es adimensional en el SI. La fórmula devuelve una magnitud, por lo que la interfaz admite datos no negativos. La dirección debe proceder del modelo físico y del sistema de referencia elegido.
La forma equivalente con velocidad lineal es F = m × v² ÷ r cuando v = ωr y el radio es positivo. Esta página utiliza directamente la velocidad angular y no calcula tensiones, par, cargas de rodamientos ni factores de seguridad de materiales.
Ejemplo resuelto
Para una masa de 2 kg, una velocidad angular de 3 rad/s y un radio de 1,5 m:
F = 2 × 3² × 1,5 = 27 N
En un laboratorio inercial se necesita una fuerza resultante de 27 N dirigida hacia el centro para mantener esa trayectoria circular. En un sistema que gira con la masa puede introducirse un término centrífugo aparente de 27 N hacia fuera para aplicar las ecuaciones de Newton en ese sistema no inercial.
Cómo interpretar el resultado
El cuadrado de la velocidad angular es decisivo: duplicar ω manteniendo la masa y el radio multiplica por cuatro la magnitud requerida. Duplicar únicamente la masa o el radio la multiplica por dos.
La «fuerza centrípeta» no tiene por qué ser un tipo separado de interacción. La tensión, la gravedad, el rozamiento, una fuerza normal o su combinación pueden aportar la fuerza neta hacia dentro. La calculadora no determina cuál de ellas actúa en un caso real.
Sistemas de referencia y límites de ingeniería
- Centrípeta describe la fuerza neta o aceleración hacia dentro necesaria en un sistema inercial. Centrífuga describe una fuerza aparente hacia fuera introducida en un sistema giratorio; no es una interacción adicional que deba sumarse al equilibrio de fuerzas del sistema inercial.
- La ecuación supone que se conocen el radio y la velocidad angular instantáneos. Una rotación no uniforme también puede producir aceleración tangencial y fuerzas que aquí no se incluyen.
- Un equipo giratorio real exige evaluar geometría, desequilibrio, vibración, resistencia y fatiga de materiales, uniones, rodamientos, transitorios y factores de seguridad mediante ingeniería cualificada.
- Las medidas y unidades deben ser coherentes. Una velocidad en revoluciones por minuto debe convertirse primero a radianes por segundo.
Fuentes
- NASA, Circular Motion instructor material — relación de fuerza central expresada como mω²r.
- NASA Goddard, Frames of Reference: The Centrifugal Force — explicación de sistemas inerciales y giratorios y del término centrífugo aparente.
Registro editorial
- Autor: equipo editorial de SoupCalc
- Revisión del método: revisión de ingeniería de SoupCalc
- Última revisión: 11 de agosto de 2026
- Alcance: ecuación, unidades del SI, terminología de los sistemas de referencia, ejemplo, validación de entradas y límites de ingeniería