Biología

Força centrípeta: definição, exemplos e problemas

O que é uma força centrípeta?

Quantos exemplos você consegue pensar de onde um objeto se move em um círculo? Um carro pode andar em círculos. Um laço pode ser girado em torno de sua cabeça em um círculo. E até os planetas orbitam uns aos outros em círculos. Mas o que os mantém em movimento nesse círculo?

O que você teria que fazer para fazer o carro se mover em um círculo? Você teria que empurrar - você teria que aplicar uma força. Uma força centrípeta é uma força direcionada para o centro de um círculo que mantém um objeto se movendo em um círculo.

mas espere um minuto. Imagine que você está em um carro e o carro faz uma curva fechada à direita. Que força você sente? Para que lado você é empurrado? Parece que você está sendo empurrado, não para dentro, mas para fora - para fora do círculo. Ou se você já esteve em um parque de diversões que gira e o mantém contra a parede externa, é o mesmo efeito. Essa sensação de ser empurrado para fora é chamada de força centrífuga , ou força centrífuga, uma força que aponta para longe do centro de um círculo.

Mas a força centrífuga que você sente é uma força fictícia - não é real. A única força que se aplica a você é a força centrípeta que o mantém no círculo. Então, por que você sente que está sendo expulso?

Bem, quando você se senta em um carro se movendo em linha reta, seu corpo, como qualquer objeto, deseja continuar se movendo em linha reta. A Primeira Lei de Newton diz que um corpo em movimento permanece em movimento, um corpo em repouso permanece em repouso, a menos que seja influenciado por uma força desequilibrada. O carro tenta virar a esquina, mas seu corpo quer continuar em linha reta, então você é empurrado para fora do carro enquanto seu corpo tenta continuar em linha reta. Se não fosse pela força centrípeta fornecida pelo atrito entre você e a cadeirinha do carro e o cinto de segurança, e a força normal que a lateral do carro aplica a você, você realmente ... continuaria.

A força misteriosa

A força centrípeta não é nada misteriosa, mas parece que é. As pessoas muitas vezes cometem o terrível erro de desenhar Fc para a força centrípeta em um diagrama de força de corpo livre. Nunca, jamais faça isso. A força centrípeta em uma determinada situação é sempre criada por uma força específica da vida real. Um satélite é mantido em órbita pela gravidade - a gravidade, Fg, é a força centrípeta. Uma bola girada em uma corda sobre sua cabeça é mantida no lugar por tensão, FT. E o carro se move em um círculo por causa do atrito, Ff. Sempre há uma força específica que desempenha o papel de força centrípeta - você só precisa descobrir o que é!

Equação

A equação para a força centrípeta diz que a força centrípeta, Fc, medida em newtons, é igual à massa do objeto se movendo em um círculo, m, medida em quilogramas, multiplicada pela velocidade do objeto conforme ele gira em torno do círculo, v, medido em metros por segundo, ao quadrado (é apenas a velocidade ao quadrado), dividido pelo raio do círculo, medido em metros.

Fc = mv ^ 2 / r

Então, por exemplo, se a gravidade é a força centrípeta, porque estamos olhando para um satélite em órbita, então você poderia dizer que a força da gravidade (dada pela equação F = mg ou Fg) é igual a mv-quadrado sobre r .

Fg = mv ^ 2 / r

Cálculo de exemplo

Ok, vamos ver um exemplo de como usar a equação.

Imagine que você está girando aquele laço, mas desta vez você anexa uma massa ao final dele. Se o laço giratório tem 2 metros de comprimento e a massa da ... massa é 0,1 quilogramas, e a massa está se movendo ao redor do caminho circular a uma velocidade de 3 m / s, qual é a força de tensão no laço ?

O primeiro passo, como sempre, é escrever o que sabemos. Temos o comprimento da corda, que neste caso é o raio do círculo, então r é igual a 2 metros (r = 2 metros). E temos a massa de 0,1 quilogramas (m = 0,1 quilogramas). E temos a velocidade de 3 m / s (v = 3 m / s). E queremos a força da tensão, FT.

Uma vez que a massa está se movendo em um círculo, a força de tensão está agindo como nossa força centrípeta.

Fc = mv ^ 2 / r, o que significa para esta situação, FT = mv ^ 2 / r.

.1 (3) ^ 2/2 = 0,45 newtons

E é isso; Foram realizadas.

Resumo da lição

Uma força centrípeta é uma força direcionada para o centro de um círculo que mantém um objeto se movendo em um círculo. Quando você está realmente se movendo em um círculo; no entanto, você tem a sensação de estar sendo empurrado para fora, o que é chamado de força centrífuga, ou força centrífuga , uma força que aponta para longe do centro de um círculo.

Isso ocorre porque seu corpo, como qualquer objeto, deseja continuar se movendo em linha reta, conforme explicado pela Primeira Lei de Newton. Mas se não fosse pela força centrípeta fornecida pelo atrito entre você e o assento do carro e o cinto de segurança, e a força normal entre você e a lateral do carro, você simplesmente seguiria em linha reta. Portanto, a força que você realmente sente é apontada para o centro do círculo - uma força centrípeta.

Um erro comum é desenhar Fc para a força centrípeta em um diagrama de força de corpo livre. Mas a força centrípeta em uma determinada situação é sempre criada por uma força específica da vida real, seja a gravidade, a tensão em uma corda ou a força normal.

A equação para a força centrípeta diz que a força centrípeta, Fc, medida em newtons, é igual à massa do objeto se movendo em um círculo, m, medida em quilogramas, multiplicada pela velocidade do objeto conforme ele gira em torno do círculo, v, medido em metros por segundo, ao quadrado (é apenas a velocidade ao quadrado), dividido pelo raio do círculo, medido em metros (Fc = mv ^ 2 / r).

Resultados de Aprendizagem

Após esta lição, você deve ser capaz de:

  • Defina a força centrípeta e a força centrífuga
  • Explique como a Primeira Lei de Newton se aplica a essas forças
  • Lembre-se de como desenhar corretamente um diagrama de corpo livre ao trabalhar com problemas que envolvem força centrípeta
  • Identifique a equação para força centrípeta
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