O que é movimento circular uniforme?
O movimento circular faz parte da vida. Os planetas orbitam o sol em movimentos circulares. Um carro guinchando ao virar uma esquina também está em movimento circular. E se você já jogou tênis de grama, o tipo em que uma bola em uma corda voa em torno de um mastro, terá experimentado outro exemplo de movimento circular. Se você estiver indo a uma velocidade constante em seu círculo, o movimento é considerado uniforme.
O movimento circular uniforme é o movimento circular a uma velocidade constante. Isso acontece por causa de uma força centrípeta, uma força que aponta para o centro de um círculo. Matematicamente, um objeto em movimento circular uniforme tem uma força líquida em direção ao centro do círculo, um vetor de aceleração em direção ao centro do círculo e uma velocidade tangente ao círculo, como mostrado neste diagrama:
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Uma coisa interessante sobre o movimento circular é que ele mostra muito claramente porque é importante saber a diferença entre escalares e vetores. A velocidade é um escalar, enquanto a velocidade é um vetor – a velocidade deve incluir uma direção, não apenas um número. A velocidade de um objeto em movimento circular uniforme é constante porque, afinal, é isso que o torna uniforme. Mas a velocidade está sempre mudando. Um satélite, carro ou pássaro em movimento circular muda constantemente de direção, de modo que sua velocidade muda constantemente. Isso mostra porque um objeto pode ter uma aceleração mesmo a uma velocidade constante.
Força centrípeta vs. força centrífuga
Um objeto em movimento circular é mantido nesse círculo devido a uma força centrípeta. Uma força centrípeta é uma força direcionada para o centro de um círculo. Mas isso parece ser contrário às experiências de muitas pessoas.
Digamos que você esteja no banco do passageiro de um carro, quando ele faz uma curva fechada para a esquerda. Onde você é empurrado? Se você tem uma boa memória para esse tipo de coisa, provavelmente responderá que foi empurrado para a direita – ou em outras palavras, empurrado para fora do círculo. Então, certamente, a força está longe do centro do círculo, não em direção a ele. Esta é a definição de uma força centrífuga , uma força que aponta para longe do centro de um círculo.
Mas as forças centrífugas realmente não existem. Quando você está sentado em um carro se movendo em linha reta, seu corpo quer continuar em linha reta. A 1ª Lei de Newton, da qual falaremos em outra lição, 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. Então, quando o carro faz a curva, seu corpo quer continuar em frente. Seu corpo segue reto, mas o carro vira, fazendo com que você bata contra a parte externa da curva. Mas o carro está na verdade mantendo você dentro do círculo, então mesmo que você sinta a pressão da porta do carro, a força que seu corpo está experimentando é em direção ao centro do círculo – é centrípeta. Se não fosse, você simplesmente continuaria em sua linha reta, limpa e bonita.
Equações
Existem duas equações principais que você precisa saber sobre o movimento circular. O primeiro ajuda a calcular o tamanho dessa força centrípeta. Diz que a força centrípeta, Fc, medida em newtons, é igual à massa do objeto se movendo em um círculo, m, multiplicada pela velocidade do objeto conforme ele circula o círculo, v , medida em metros por segundo, ao quadrado (é apenas a velocidade ao quadrado), dividido pelo raio do círculo, medido em metros.
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E também temos uma equação para aceleração centrípeta – o tamanho da aceleração que também aponta diretamente para o centro do círculo, que é medido em metros por segundo por segundo, ou metros por segundo ao quadrado. A equação é bastante semelhante, mas sem o m. É apenas a velocidade, v , medida em metros por segundo, ao quadrado, dividida pelo raio do círculo.
Mas vamos examinar um exemplo que mostra como usar essas equações.
Cálculo de exemplo
Digamos que você esteja girando uma bola em uma corda acima de sua cabeça porque esse é o tipo de coisa que você faz para se divertir. A velocidade da bola é de 4 metros por segundo, a massa da bola é de 0,5 quilogramas e o raio do círculo acima de sua cabeça é de 1,5 metros. Você deve calcular a força centrípeta e a aceleração centrípeta.
Bem, a primeira coisa que fazemos é escrever o que sabemos. Sabemos que a velocidade da bola, v , é de 4 metros por segundo, e a massa da bola, m, é igual a 0,5 quilogramas, e também sabemos que o raio, r, é de 1,5 metros. Temos todos os números de que precisamos, então podemos começar a inserir alguns números nas equações.
Se inserirmos esses números na equação de força, obtemos 0,5 multiplicado por 4 ao quadrado dividido por 1,5. Digite isso em uma calculadora e teremos 5,33 newtons.
E então, se inserirmos números na equação de aceleração, obtemos 4 ao quadrado dividido por 1,5, o que resulta em 10,66 metros por segundo por segundo. E é isso; Foram realizadas.
Resumo da lição
O movimento circular uniforme é o movimento circular a uma velocidade constante. Isso acontece por causa de uma força centrípeta, uma força que aponta para o centro de um círculo. Matematicamente, um objeto em movimento circular uniforme tem uma força líquida em direção ao centro do círculo, um vetor de aceleração em direção ao centro do círculo e uma velocidade tangente ao círculo, conforme mostrado neste diagrama:
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Objetos em movimento circular uniforme têm uma velocidade constante, mas uma velocidade variável porque a velocidade tem uma direção e a direção de um objeto em movimento circular está sempre mudando.
Um objeto em movimento circular é mantido nesse círculo devido a uma força centrípeta. Uma força centrípeta é uma força direcionada para o centro de um círculo. Quando você está se movendo em círculo, geralmente sente algo chamado de força centrífuga , uma força apontando para longe do centro de um círculo. Mas as forças centrífugas realmente não existem. Quando você está sentado em um carro se movendo em linha reta, seu corpo quer continuar em linha reta. E quando o carro faz uma curva, você sente um empurrão para fora por causa disso, mas a única força é uma força centrípeta que o mantém no círculo. Sem ele, você simplesmente seguiria em linha reta.
Existem duas equações principais para o movimento circular. O primeiro 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, dividido pelo raio do círculo, medido em metros. A equação para aceleração centrípeta, medida em metros por segundo por segundo, é bastante semelhante. É apenas a velocidade, v , medida em metros por segundo, ao quadrado, dividida pelo raio do círculo.
Resultados de Aprendizagem
Determine se você pode fazer essas coisas quando a lição sobre movimento circular uniforme terminar:
- Defina o movimento circular uniforme e identifique a força que o causa
- Compare a força centrípeta e centrífuga
- Use as duas equações principais para movimento circular