Botella con agua, ¿qué sucede?

Podemos pensar en el agua de la superficie como una capa delgada compuesta de pequeños elementos. Cada uno de ellos tiene masa y por lo tanto está sometido a la fuerza de la gravedad; su peso. El líquido en reposo siempre tiene una superficie plana perpendicular al peso, es decir horizontal. En la figura se han dibujado unas flechas azules que representan el peso de algunos de estos elementos de la superficie.

Cuando el líquido y la botella están girando hay, además de la fuerza de gravedad, otras fuerzas que hacen que cambie la forma de la superficie.

Si te pudieras hacer pequeño y estuvieras en la botella girando junto con ella y el líquido, experimentarías la sensación de una fuerza horizontal dirigida desde el centro hacia afuera. A esa fuerza se le llama centrífuga. La fuerza centrífuga sobre un punto dado depende de la velocidad de rotación y de la distancia a la que se esté del eje de rotación.

En la figura la botella y el agua están rotando con la misma velocidad angular. Las flechas rojas representan la fuerza centrífuga. Nota cómo las flechas que están más cercanas al eje de rotación son más cortas que las que están más alejadas del eje. Eso nos indica que la fuerza es mayor cuando la distancia al eje es grande. En el eje la fuerza centrífuga es cero. Las flechas azules, al igual que en la figura anterior representan el peso, son todas iguales.

Cada flecha blanca representa la suma de las dos fuerzas anteriores; es la fuerza resultante de la combinación de gravedad y fuerza centrífuga. La superficie del líquido en cada punto es perpendicular a esta fuerza. A la curva que resulta, marcada con la línea blanca, se le llama parábola. La superficie del agua es un paraboloide.

Cuando la velocidad de rotación es mayor, también lo es la fuerza centrífuga en cada punto, excepto en el eje, ahí siempre es cero. Al crecer la fuerza, la pendiente de la parábola en cada punto aumenta y la forma de la superficie, que siempre es un paraboloide, se hace más aguda.

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