¿Qué es una fuerza central?
Una fuerza central es una fuerza con una dirección y magnitud que solo depende del centro de un objeto y la distancia desde su centro a otro punto. La dirección que actúa una fuerza central debe estar a lo largo de la línea uniendo el centro del objeto al otro punto, mientras que la magnitud de la fuerza solo depende de la distancia o radio entre los dos. Se encuentran ejemplos de fuerzas centrales en la fuerza gravitacional, la fuerza electrostática y la fuerza de un resorte. Solo dos tipos de fuerzas centrales pueden provocar movimiento orbital: fuerza gravitacional y fuerza análoga.
La ley de gravitación universal de Newton establece que la fuerza gravitacional entre dos objetos siempre se dirige entre sí. Además, la magnitud de la fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los objetos, en otras palabras, duplicar la distancia entre los objetos dará como resultado una fuerza solo un cuarto tan fuerte. Cuando un objeto es mucho más masivo que el otro, el AEl rescate cumple con los criterios de la Fuerza Central.
Una fuerza central análoga es la fuerza electrostática entre partículas con una carga eléctrica. Al igual que la fuerza gravitacional, la fuerza electrostática es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre dos partículas. Sin embargo, a diferencia de la gravedad, las interacciones electrostáticas son proporcionales al producto de sus cargas, en lugar de sus masas. También tienden a dominar a escamas muy pequeñas. Sin embargo, matemáticamente hablando, la magnitud de la fuerza gravitacional y la fuerza electrostática siguen la ley inversa-cuadrado .
Un tipo diferente de fuerza central puede resultar de la interacción de un resorte con un objeto. La fuerza producida por un resorte es proporcional a la distancia, el resorte se extiende desde su longitud de equilibrio. Estirar un resorte el doble de la distancia desde su longitud de equilibrio se volverát en una fuerza atractiva dos veces más fuerte. Este tipo de comportamiento se conoce como Ley de Hooke y se ve no solo en resortes, sino en cualquier material elástico linealmente, incluida la mayoría de los metales sólidos. Cuando un resorte o material adecuado está anclado en un centro, también puede cumplir con los criterios de una fuerza central.
Aunque aumentar la distancia entre objetos o partículas tiene un efecto muy diferente en los sistemas gobernados por la ley de cuadrado inverso versus la ley de Hooke, ambas fuerzas centrales producirán un movimiento orbital cerrado. Los planetas orbitan el sol debido a la gravedad, una fuerza central sujeta a la ley inversa. Del mismo modo, las partículas cargadas pueden orbitar un centro cargado de oposición debido a la fuerza electrostática. Un hecho algo menos conocido es que una primavera anclada en el centro puede, cuando otras fuerzas son insignificantes, causar un objeto para orbitar al centro. El movimiento armónico simple es uno de ello que está limitado a moverse a lo largo de solo una dimensión.