Fuerzas de Inercia

Las Fuerzas de Inercia, Ficticias, Pseudofuerzas o Fuerzas d’Alembert son fuerzas que aparecen cuando un movimiento se describe a partir de un sistema de referencia no inercial, es decir, éste se mueve con una aceleración no nula. No son una fuerza real, simplemente «aparecen» y hacen que se cumplan las Leyes de Newton. Hay gran cantidad de ejemplos, pero las más importantes son:

Fuerza Centrífuga

Es la fuerza que nos manda hacia el exterior de una curva cuando vamos en coche. Cuando el coche gira, lo hace antes que nosotros, y como gira, está teniendo una aceleración respecto a nosotros. Por lo que para nosotros, el coche es un sistema de referencia no inercial, apareciendo así esta fuerza.

En realidad, nosotros estamos yendo en línea recta, es el coche el que «se choca» con nosotros, sin embargo, nosotros vemos que somos nosotros los que giramos respecto al coche. Este falso giro es producido por la Fuerza Centrífuga y es igual a la Fuerza Centrípeta pero en sentido contrario:

\vec{F}_{C} \, = \, -m \vec{a}_{c} \, = \, m \frac{v^{2}}{r} \ \hat{r} \, = \, m\omega ^{2} \vec{r}

En el primer caso, el observador (externo al movimiento) ve como el cuerpo describe un MCU gracias a la Fuerza Centrípeta F_{c} ejercida por la cuerda. En el segundo caso, como el observador se encuentra moviéndose junto al móvil, éste ve que está quieto, pero sabe que la Fuerza Centrípeta F_{c} existe, por lo que debe haber otra Fuerza nueva que haga que éste no se mueve. Esta nueva fuerza es la Fuerza Centrífuga F_{cf}, cuyo módulo debe ser igual al de la Centrípeta y con igual dirección pero sentido opuesto.

Efecto Coriolis

El Efecto Coriolis o Fuerza de Coriolis es el que aparecen en Sistemas de Referencia en rotación. En ellos, los cuerpos que se mueven respecto al Sistema en rotación sufren un cambio en su movimiento (tanto en dirección como en sentido) debido a una Fuerza Inercial que aparece, el Efecto Coriolis, que se calcula como:

\vec{F}_{C} \, = \, -2m (\vec{\omega} \times  \vec{v})

Donde \omega es la velocidad angular del Sistema de Referencia respecto a otro Sistema que sí es Inercial y \vec{v} es la velocidad lineal del móvil respecto al Sistema No Inercial.

Este efecto se ve, por ejemplo, en las balas: Al disparar una bala a larga distancia, esta parece que se curva, en realidad, lo que ocurre es que eres tanto tú como la Tierra los que giráis respecto a la bala, la cual es el Sistema de Referencia No Inercial. Esto hace que los francotiradores no puedan apuntar en línea recta al objetivo, pues errarán. Además, hacia dónde deberán apuntar dependerá de si se encuentran en el hemisferio norte o sur y si están mirando al este u oeste.

En la gráfica de arriba, el mapa está a escala, y el cuerpo se mueve a una latitud de 45º con una velocidad de 50 m/s y 180 s/frame, teniendo en cuenta el periodo de rotación de la Tierra (24 horas).

Como podemos ver, este efecto es muy pequeño para cuerpos que se mueven a velocidades pequeñas como en la gráfica, pero para cuerpos que van a grandes velocidades, como vientos fuertes, pueden llegar a completar vueltas completas formando huracanes.