Movimiento circular

Un cuerpo o una partícula describen un movimiento circular cuando su trayectoria es una circunferencia. En este movimiento el vector velocidad varía constantemente de dirección, y su magnitud puede estar variando o permanecer constante. Por tanto, en un movimiento circular, una partícula se puede mover con rapidez constante o no, pero su aceleración formará siempre un ángulo recto de 90º con su velocidad y se desplazará formando un círculo. La aceleración que recibe la partícula está dirigida hacia el centro del círculo y recibe el nombre de aceleración radial o centrípeta. El movimiento circular se efectúa en el mismo plano y es el movimiento más sencillo en dos dimensiones y en dos direcciones.

Conceptos

En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos que serían básicos para la descripción cinemática y dinámica del mismo.

Eje de giro: es la línea recta alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo pero para cada instante concreto es el eje de la rotación (considerando en este caso una variación infinitesimal o diferencial de tiempo). El eje de giro define un punto llamado centro de giro de la trayectoria descrita (O).
Arco: partiendo de un centro fijo o eje de giro fijo, es el espacio recorrido en la trayectoria circular o arco de radio unitario con el que se mide el desplazamiento angular. Su unidad es el radián (espacio recorrido dividido entre el radio de la trayectoria seguida, división de longitud entre longitud, adimensional por tanto).
Velocidad angular: es la variación del desplazamiento angular por unidad de tiempo (omega minúscula, ω).
Aceleración angular: es la variación de la velocidad angular por unidad de tiempo (alfa minúscula, α).
En dinámica de los movimientos curvilíneos, circulares y/o giratorios se tienen en cuenta además las siguientes magnitudes:
Momento angular (L): es la magnitud que en el movimiento rectilíneo equivale al momento lineal o cantidad de movimiento pero aplicada al movimiento curvilíneo, circular y/o giratorio (producto vectorial de la cantidad de movimiento por el vector posición, desde el centro de giro al punto donde se encuentra la masa puntual).
Momento de inercia (I): es una cualidad de los cuerpos que depende de su forma y de la distribución de su masa y que resulta de multiplicar una porción concreta de la masa por la distancia que la separa al eje de giro.
Momento de fuerza (M): o par motor es la fuerza aplicada por la distancia al eje de giro (es el equivalente a la fuerza agente del movimiento que cambia el estado de un movimiento rectilíneo).
Ángulo: es la abertura comprendida entre dos radios que limitan un arco de circunferencia.
Radián: Es el ángulo central al que corresponde un arco de longitud igual al radio. La equivalencia de un radián en grados sexagesimales se determina sabiendo que:

Vector de posición y desplazamiento angular

El vector de posición tendrá una magnitud constante y su dirección será la misma que tenga el radio de la circunferencia. Cuando un objeto colocado sobre un disco que se desplaza, su cambio de posición se podrá expresar mediante desplazamientos del vector de posición, lo cual dará desplazamientos angulares. Por tanto, el desplazamiento angular es la magnitud física que cuantifica la magnitud de rotación que experimenta un objeto de acuerdo con su ángulo de giro.
El desplazamiento angular se representa con ϴ y sus unidades de medida son el radián cuando el sistema usado es el Internacional; así como grados sexagesimales y revoluciones que son unidades prácticas. El grado sexagesimal es aquel que tiene como base el número 60. La circunferencia tiene 360º sexagesimales, cada uno se subdivide en 60 minutos y 60 segundos. Una revolución se efectúa cuando un objeto realiza una vuelta completa alrededor de un eje de rotación. Una revolución es igual a 360º=2 πrad.
Período: indica el tiempo que tarda un móvil en dar una vuelta a la circunferencia que recorre. Se define como:

Frecuencia: es la inversa del periodo, es decir, las vueltas que da un móvil por unidad de tiempo. Se mide en hercios ó s⁻¹

Velocidad angular: es la variación del arco angular o posición angular respecto al tiempo. Es representada con la letra ω, (omega minúscula).
Velocidad tangencial: es la velocidad del móvil (distancia que recorre en el tiempo). Por lo tanto para distintos radios y a la misma velocidad angular, el móvil se desplaza a distintas velocidades tangenciales. A mayor radio y a la misma cantidad de vueltas por segundo, el móvil recorre una trayectoria mayor, porque el perímetro de esa circunferencia es mayor y por lo tanto la velocidad tangencial también es mayor. La velocidad tangencial se mide en unidades de espacio sobre unidades de tiempo, por ejemplo [m/s], [km / h], etc. Se calcula como la distancia recorrida en un período de tiempo. La ecuación que se utiliza para calcular la velocidad tangencial se expresa como la velocidad angular por el radio.
v= ωr
En MCU la velocidad tangencial es constante (en módulo) para un mismo punto. A mayor distancia del eje, la velocidad tangencial aumenta. Su dirección varía continuamente, teniendo siempre la misma dirección que la recta tangente al punto en donde se encuentre el móvil.