Contente
- TL; DR (muito longo; não leu)
- O que é a força centrípeta?
- Fórmula para força centrípeta e aceleração centrípeta
- Dicas
- Encontrando força centrípeta com informações incompletas
Qualquer objeto que se move em círculo está acelerando, mesmo que sua velocidade permaneça a mesma. Isso pode parecer contra-intuitivo, porque como você pode ter aceleração sem alterar a velocidade? De fato, como a aceleração é a taxa de mudança de velocidade, e a velocidade inclui a velocidade e a direção do movimento, é impossível ter um movimento circular sem aceleração. Pela segunda lei de Newton, qualquer aceleração (uma) está ligado a uma força (F) por F = ma, e no caso de movimento circular, a força em questão é chamada força centrípeta. Resolver isso é um processo simples, mas você pode ter que pensar na situação de maneiras diferentes, dependendo das informações que possui.
TL; DR (muito longo; não leu)
Encontre a força centrípeta usando a fórmula:
F = mv2 / r
Aqui, F referencia a força, m é a massa do objeto, v é a velocidade tangencial do objeto e r é o raio do círculo em que ele viaja. Se você conhece a fonte da força centrípeta (gravidade, por exemplo), pode encontrar a força centrípeta usando a equação dessa força.
O que é a força centrípeta?
A força centrípeta não é uma força da mesma maneira que a força gravitacional ou força de atrito. A força centrípeta existe porque existe a aceleração centrípeta, mas a causa física dessa força pode variar dependendo da situação específica.
Considere o movimento da Terra ao redor do sol. Embora a velocidade de sua órbita seja constante, ela muda de direção continuamente e, portanto, tem aceleração direcionada ao sol. Essa aceleração deve ser causada por uma força, de acordo com a primeira e a segunda leis do movimento de Newton. No caso da órbita da Terra, a força que causa a aceleração é a gravidade.
No entanto, se você balançar uma bola em uma corda em um círculo a uma velocidade constante, a força que causa a aceleração é diferente. Nesse caso, a força é proveniente da tensão na corda. Outro exemplo é um carro mantendo uma velocidade constante, mas girando em círculo. Nesse caso, o atrito entre as rodas do carro e a estrada é a fonte da força.
Em outras palavras, existem forças centrípetas, mas a causa física delas depende da situação.
Fórmula para força centrípeta e aceleração centrípeta
Aceleração centrípeta é o nome da aceleração diretamente em direção ao centro do círculo em movimento circular. Isso é definido por:
uma = v2 / r
Onde v é a velocidade do objeto na linha tangencial ao círculo e r é o raio do círculo em que ele está se movendo. Pense no que aconteceria se você estivesse balançando uma bola conectada a uma corda em um círculo, mas a corda quebrou. A bola voaria em linha reta a partir de sua posição no círculo no momento em que a corda quebrou, e isso dá uma idéia do que v significa na equação acima.
Como a segunda lei de Newton afirma que força = massa × aceleração e temos uma equação para aceleração acima, a força centrípeta deve ser:
F = mv2 / r
Nesta equação, m refere-se a massa.
Então, para encontrar a força centrípeta, você precisa conhecer a massa do objeto, o raio do círculo em que ele está viajando e sua velocidade tangencial. Use a equação acima para encontrar a força com base nesses fatores. Quadrado a velocidade, multiplique pela massa e depois divida o resultado pelo raio do círculo.
Dicas
Encontrando força centrípeta com informações incompletas
Se você não possui todas as informações necessárias para a equação acima, pode parecer que é impossível encontrar a força centrípeta. No entanto, se você pensar sobre a situação, poderá descobrir qual é a força.
Por exemplo, se você está tentando encontrar a força centrípeta agindo em um planeta orbitando uma estrela ou uma lua orbitando um planeta, você sabe que a força centrípeta vem da gravidade. Isso significa que você pode encontrar a força centrípeta sem a velocidade tangencial usando a equação ordinária da força gravitacional:
F = Gm1m2 / r2
Onde m1 e m2 são as massas, G é a constante gravitacional e r é a separação entre as duas massas.
Para calcular a força centrípeta sem um raio, você precisa de mais informações (a circunferência do círculo relacionada ao raio por C = 2π_r, por exemplo) ou o valor da aceleração centrípeta. Se você conhece a aceleração centrípeta, pode calcular a força centrípeta diretamente usando a segunda lei de Newton, _F = ma.