A força centrípeta é definida como a força agindo em um corpo que está se movendo em um caminho circular que é direcionado para o centro em torno do qual o corpo se move. O termo vem das palavras latinas centrum para "centro" e petere, significando "procurar".
A força centrípeta pode ser considerada a força que busca o centro. Sua direção é ortogonal (em ângulo reto) ao movimento do corpo na direção do centro de curvatura do caminho do corpo. A força centrípeta altera a direção do movimento de um objeto sem alterar sua Rapidez.
Principais tópicos: força centrípeta
- Força centrípeta é a força em um corpo que se move em um círculo que aponta para dentro em direção ao ponto em torno do qual o objeto se move.
- A força na direção oposta, apontando para fora do centro de rotação, é chamada força centrífuga.
- Para um corpo em rotação, as forças centrípeta e centrífuga são iguais em magnitude, mas opostas em direção.
Diferença entre força centrípeta e centrífuga
Enquanto a força centrípeta atua para atrair um corpo para o centro do ponto de rotação, a força centrífuga (força de "fuga do centro") empurra para longe do centro.
Acordo à Primeira Lei de Newton, "um corpo em repouso permanecerá em repouso, enquanto um corpo em movimento permanecerá em movimento, a menos que seja acionado por uma força externa". Dentro Em outras palavras, se as forças que atuam sobre um objeto são equilibradas, o objeto continuará a se mover em um ritmo constante, sem aceleração.
A força centrípeta permite que um corpo siga um caminho circular sem voar pela tangente, agindo continuamente em um ângulo reto em relação ao seu caminho. Dessa maneira, atua sobre o objeto como uma das forças da Primeira Lei de Newton, mantendo assim a inércia do objeto.
A Segunda Lei de Newton também se aplica no caso da exigência de força centrípeta, que diz que, para que um objeto se mova em círculo, a força resultante que atua sobre ele deve ser interna. A Segunda Lei de Newton diz que um objeto que está sendo acelerado sofre uma força líquida, com a direção da força líquida igual à direção da aceleração. Para um objeto que se move em círculo, a força centrípeta (a força líquida) deve estar presente para combater a força centrífuga.
Do ponto de vista de um objeto estacionário na estrutura de referência rotativa (por exemplo, um assento em um balanço), o centrípeto e o centrífugo são iguais em magnitude, mas opostos na direção. A força centrípeta atua no corpo em movimento, enquanto a força centrífuga não. Por esse motivo, a força centrífuga às vezes é chamada de força "virtual".
Como calcular a força centrípeta
A representação matemática da força centrípeta foi derivada pelo físico holandês Christiaan Huygens em 1659. Para um corpo que segue um caminho circular em velocidade constante, o raio do círculo (r) é igual à massa do corpo (m) vezes o quadrado de a velocidade v) dividido pela força centrípeta (F):
r = mv2/ F
A equação pode ser reorganizada para resolver a força centrípeta:
F = mv2/ r
Um ponto importante a ser observado na equação é que a força centrípeta é proporcional ao quadrado da velocidade. Isso significa que dobrar a velocidade de um objeto precisa de quatro vezes a força centrípeta para manter o objeto em movimento em círculo. Um exemplo prático disso é visto ao fazer uma curva acentuada com um automóvel. Aqui, o atrito é a única força que mantém os pneus do veículo na estrada. Aumentar a velocidade aumenta muito a força, de modo que uma derrapagem se torna mais provável.
Observe também que o cálculo da força centrípeta assume que nenhuma força adicional está agindo sobre o objeto.
Fórmula de aceleração centrípeta
Outro cálculo comum é a aceleração centrípeta, que é a mudança na velocidade dividida pela mudança no tempo. A aceleração é o quadrado da velocidade dividido pelo raio do círculo:
Δv / Δt = a = v2/ r
Aplicações práticas da força centrípeta
O exemplo clássico de força centrípeta é o caso de um objeto sendo balançado em uma corda. Aqui, a tensão no cabo fornece a força centrípeta de "tração".
A força centrípeta é a força de "empurrão" no caso de um motociclista do Muro da Morte.
A força centrípeta é usada para centrífugas de laboratório. Aqui, partículas que são suspensas em um líquido são separadas do líquido por tubos de aceleração orientado para que as partículas mais pesadas (ou seja, objetos de maior massa) sejam puxadas em direção ao fundo do tubos. Embora as centrífugas normalmente separem sólidos de líquidos, elas também podem fracionar líquidos, como em amostras de sangue ou componentes separados de gases.
As centrífugas a gás são usadas para separar o isótopo mais pesado urânio-238 do isótopo mais leve urânio-235. O isótopo mais pesado é atraído para a parte externa de um cilindro giratório. A fração pesada é extraída e enviada para outra centrífuga. O processo é repetido até que o gás seja suficientemente "enriquecido".
Um telescópio de espelho líquido (LMT) pode ser feito girando um reflexo líquido metal, como mercúrio. A superfície do espelho assume uma forma parabolóide porque a força centrípeta depende do quadrado da velocidade. Por esse motivo, a altura do metal líquido giratório é proporcional ao quadrado de sua distância do centro. A forma interessante assumida pela rotação de líquidos pode ser observada girando um balde de água a uma taxa constante.