Força centrípeta x força centrífuga: qual é a diferença e por que é importante

Força centrípeta e força centrífuga são dois termos que os estudantes de física comumente confundem ou interpretam mal.

Um equívoco típico é que a força centrípeta é direcionada para o centro do caminho circular de um objeto, enquanto a força centrífuga é direcionada para fora, como se as duas agissem em direções opostas. No entanto, apenas um deles é realmente um real força!

A única força que causa o movimento circular de um objeto é força centrípeta, que é sempre direcionado para o centro do caminho circular. Se um carro está fazendo uma curva, por exemplo, a força centrípeta que o faz se mover em uma curva em vez de em uma linha reta é direcionada ao longo do raio do círculo que o carro está traçando.

• A força centrífuga é uma força fictícia, o que significa que é não é uma força real. Força centrípeta é real.

Força centrífuga, por outro lado, não existe. Assim como o capacitor de fluxo "De volta ao futuro", o termo foi inventado para ajudar a descrever algo imaginário, embora baseado em algumas observações reais. Os efeitos de se mover em um círculo tendem a fazer um objeto parecer que está "voando" para fora, e a ideia de um

Quando um carro faz uma curva fechada para a esquerda, os passageiros podem se sentir "jogados" para a direita do carro. Ou no final de um loop em uma montanha-russa, os passageiros podem se sentir empurrados para baixo em seus assentos.

Esses sentimentos são o resultado de inércia; Contudo, não uma força (embora possa ser referida como uma força aparente). A inércia descreve a tendência de um objeto de resistir às mudanças em seu movimento, conforme descrito pela Primeira Lei de Newton, a Lei da Inércia.

Quando o carro faz uma curva repentina ou a montanha-russa mergulha, os corpos humanos lá dentro já estão se movendo com alguma velocidade em uma determinada direção. De acordo com a Lei da Inércia, esses órgãos inicialmente resistir mudando suas velocidades.

Os passageiros ainda estão se movendo para a frente no espaço quando o carro começa a ir para a esquerda abruptamente - então, em vez de ser "jogado para a direita", o carro é na verdade colidindo com eles da esquerda quando ele se move de repente. Assim que seus corpos alcançam e começam a se mover para a esquerda também, a sensação de colisão termina.

Da mesma forma, na montanha-russa, os corpos ainda estão se movendo para baixo quando a montanha-russa começa a empurrá-los para cima. Até que seus corpos alcancem a nova velocidade da montanha-russa, eles sentem que estão sendo jogados contra o lado de fora dos carrinhos. Seus corpos ainda estão se movendo em direção aos carrinhos como os carrinhos agora se movem em direção a seus corpos.

A força centrípeta é apenas parte da receita para fazer algo se mover em um círculo. O outro ingrediente é velocidade linear. Um objeto deve estar se movendo quando uma força centrípeta age em um ângulo reto com seu movimento para que ele se mova em um círculo.

Considere uma bola na ponta de uma corda. Para que uma pessoa o faça girar em torno de sua cabeça, ela precisa primeiro fazer um lançamento com algum componente horizontal (em outras palavras, não diretamente para dentro ou para longe de si mesma). A pessoa estica a corda e a bola começa a circulá-la em vez de voar para fora.

Duas coisas precisam continuar acontecendo para que a bola na corda continue girando: a pessoa deve continuar puxando a corda esticada (puxando-a), e eles devem continuar adicionando leves empurrões horizontais para manter o movimento linear da bola, que de outra forma diminuiria devido ao atrito com o ar. (No espaço, no entanto, a pessoa iria só precisa puxar a corda ensinada, pois a bola não perderia nada de sua velocidade linear ao girar no vácuo.)

Se a bola não estivesse se movendo e a pessoa puxasse a corda bem esticada, a bola se moveria para dentro em direção à pessoa, não um círculo. Se a bola estivesse se movendo diretamente para fora da pessoa e ela puxasse a corda, primeiro a bola desaceleraria, depois mudaria de direção e voltaria para a pessoa, novamente não em um círculo.

Nesses casos, nem faria sentido chamar a força transmitida pela corda de força centrípeta. É simplesmente uma força de tensão aplicada na bola.

A palavra centrípeto é apenas uma maneira de descrever qualquer força agindo perpendicularmente à velocidade linear de um objeto. Muitos tipos de objetos ou interações podem fornecer forças centrípetas.

Por exemplo, como já mencionado, uma corda girando em um círculo fornece força centrípeta a um objeto amarrado na extremidade dela. Um carro fazendo uma curva sofre uma força centrípeta do atrito entre seus pneus e a estrada. Um satélite em órbita continua se movendo em círculo devido à força gravitacional que fornece uma força centrípeta em direção ao centro da Terra.

Em cada um desses casos, se a fonte da força centrípeta fosse removida repentinamente, a corda, a fricção ou a gravidade, o objeto pararia de se mover em círculo. Mais especificamente, ele voaria pela tangente a esse círculo com qualquer velocidade linear que tivesse.

Porque a força centrípeta é direcionada para o centro do caminho circular de um objeto e a força centrífuga não existe para neutralizá-lo, o objeto que se move em um caminho curvo deve estar experimentando um força resultante em direção ao centro do círculo.

Da Segunda Lei de Newton, F = ma, segue-se que uma força resultante causa uma aceleração. Na verdade, qualquer coisa que se move em um círculo tem uma aceleração, conhecida como aceleração centrípeta, em direção ao centro do círculo.

Isso pode parecer contra-intuitivo, considerando que uma aceleração significa uma mudança de velocidade, mas muitas coisas se movem em um círculo a uma taxa aparentemente constante.

Aqui, é útil lembrar que a velocidade é um vetor, com magnitude e direção, e alterar qualquer um deles resulta em uma nova velocidade. À medida que um objeto se move em um círculo, sua velocidade linear e aceleração centrípeta mudam constantemente de direção; em qualquer ponto ao longo do caminho, as setas de cada vetor estarão voltadas para uma maneira diferente de qualquer outro ponto ao longo do caminho.

Assim, o objeto continua viajando no mesma velocidade mas com uma direção em constante mudança. Os físicos descrevem isso como movimento circular uniforme.

Como a força centrípeta é sempre perpendicular à velocidade linear de um objeto, ela descreve o raio do caminho circular do objeto. Portanto, quanto maior a força centrípeta, mais difícil será o "puxão" para dentro, mais apertado ou menor será o círculo, e quanto mais frouxa a força centrípeta, maior será o caminho circular.

Isso pode fazer sentido intuitivamente: puxar a corda que segura a bola ou fazer uma curva em um superfície pegajosa com mais fricção do que em uma lisa, como gelo, resultará em uma superfície circular menor movimentos. Basta lembrar que, em qualquer situação, a única força que causa o movimento circular é um força centrípeta para dentro. Nenhuma força centrífuga empurra um objeto "para fora" em um círculo.