Una força central és una força que està dirigida al llarg d'una recta radial a un centre fix i la magnitud de la qual només depèn de la coordenada radial :[1]
on és un vector unitari dirigit radialment des de l'origen.
El vector força és sempre paral·lel al vector posició. L'origen creador de la força s'anomena centre del moviment.[2]
Propietats
Una força central és sempre una força conservativa. Les forces conservatives no depenen del temps i satisfan que el seu rotacional és nul. Es poden expressar com el gradient del seu potencial amb el signe canviat:
En els camps de forces centrals el moment angular es conserva:
Això és degut al fet que el moment de forces és nul (), ja que el vector força és sempre paral·lel al de posició. Com a conseqüència, el cos sotmès a la força es mou en un pla.
Si el moment angular és nul, el cos descriu un moviment rectilini amb acceleració no constant a través de la recta que l'uneix a l'origen.[3]
Exemples
Els casos més familiars de forces centrals són les forces de la gravetat i l'electroestàtica. Ambdós són exemples de forces proporcionals a l'invers del quadrat de la distància: . Un altre exemple és l'oscil·lador harmònic, on i és de signe negatiu.
El teorema de Bertrand demostra que les forces del tipus i són les úniques forces centrals que produeixen òrbites tancades estables.[4]
Referències