Como calcular a força centrífuga

Você provavelmente já experimentou dirigir em uma rodovia, quando de repente a estrada faz uma curva para a esquerda e parece que você está sendo empurrado para a direita, na direção oposta da curva. Este é um exemplo comum do que muitas pessoas consideram e chamam de "força centrífuga". Essa "força" é erroneamente chamada de força centrífuga, mas na verdade não existe tal coisa!

Não existe aceleração centrífuga

Os objetos que se movem em um movimento circular uniforme experimentam forças que mantêm o objeto em um movimento circular perfeito, o que significa que a soma das forças é direcionada para dentro em direção ao centro. Uma única força, como a tensão em uma corda, é um exemplo de força centrípeta, mas outras forças também podem cumprir esse papel. A tensão na corda resulta em uma força centrípeta, que causa o movimento circular uniforme. Provavelmente, é isso que você deseja calcular.

Vamos primeiro ver o que é aceleração centrípeta e como calculá-la, bem como calcular as forças centrípetas. Então, seremos capazes de entender porque não existe força centrífuga.

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  • Não há força centrífuga; se houvesse, não haveria movimento circular. Você pode ver isso facilmente se criar um diagrama de força centrífuga que também inclui a força centrípeta. As forças centrípetas causam movimento circular e são direcionadas para o centro do movimento.

Uma rápida recapitulação

Para entender a força centrípeta e a aceleração, pode ser útil lembrar algum vocabulário. Primeiro, a velocidade é um vetor que descreve a velocidade e a direção do movimento de um objeto. Em seguida, se a velocidade está mudando, ou seja, a velocidade ou a direção do objeto está mudando em função do tempo, ele também tem uma aceleração.

Um caso particular de movimento bidimensional é o movimento circular uniforme, no qual um objeto se move com velocidade angular constante em torno de um ponto central estacionário.

Observe que dizemos que o objeto tem uma constanteRapidez, mas nãovelocidade, porque o objeto muda continuamente de direção. Portanto, o objeto tem dois componentes de aceleração: a aceleração tangencial, que é paralela à direção de movimento do objeto, e a aceleração centrípeta, que é perpendicular.

Se o movimento for uniforme, a magnitude da aceleração tangencial é zero e a aceleração centrípeta tem magnitude constante, diferente de zero. A força (ou forças) que causa a aceleração centrípeta é a força centrípeta, que também aponta para dentro em direção ao centro.

Essa força, do grego que significa “buscar o centro”, é responsável pela rotação do objeto em um caminho circular uniforme em torno do centro.

Calculando a aceleração e forças centrípetas

A aceleração centrípeta de um objeto é dada por

a = \ frac {v ^ 2} {R}

Ondevé a velocidade do objeto eRé o raio no qual ele está girando. No entanto, verifica-se que a quantidade

F = ma = \ frac {mv ^ 2} {R}

não é realmente uma força, mas pode ser usada para ajudá-lo a relacionar a força ou forças que dão origem ao movimento circular à aceleração centrípeta.

Então, por que não há força centrífuga?

Vamos fingir que existe uma força centrífuga, ou uma força igual e oposta à força centrípeta. Se fosse esse o caso, as duas forças se cancelariam, o que significa que o objeto não se moveria em um caminho circular. Quaisquer outras forças presentes podem empurrar o objeto em alguma outra direção ou em linha reta, mas se houvesse sempre uma força centrífuga igual e oposta, não haveria movimento circular.

E quanto à sensação que você sente quando faz uma curva na estrada e em outros exemplos de força centrífuga? Esta "força" é na verdade o resultado da inércia: seu corpo continua se movendo em linha reta, e o carro realmente empurra você ao redor da curva, então parece que estamos sendo pressionados para dentro do carro na direção oposta do curva.

O que uma calculadora de força centrífuga realmente faz

Uma calculadora de força centrífuga basicamente usa a fórmula para aceleração centrípeta (que descreve um verdadeiro fenômeno) e inverte a direção da força, para descrever o aparente (mas, em última análise, fictício) centrífugo força. Na verdade, não há necessidade de fazer isso na maioria dos casos, porque não descreve a realidade da situação física, apenas a situação aparente em um referencial não inercial (isto é. da perspectiva de alguém dentro do carro girando).

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