Força centrípeta e força centrífuga são dois termos que os estudantes de física geralmente confundem ou entendem mal.

Um equívoco típico é que a força centrípeta é direcionada para o centro do caminho circular de um objeto, enquanto a força centrífuga é direcionada para fora, como se os dois agissem em direções opostas. No entanto, apenas uma delas é realmente uma força real
!
Força centrípeta vs. força centrífuga

A única força que causa o movimento circular de um objeto é força centrípeta
, que é sempre direcionado para o centro do caminho circular. Se um carro está arredondando uma curva, por exemplo, a força centrípeta que faz o movimento em uma curva, em vez de uma linha reta, é direcionada ao longo do raio do círculo que o carro está traçando.

Dicas

A força centrífuga é uma força fictícia, o que significa que não é uma força real. Força centrípeta é real.

Força centrífuga
, por outro lado, não existe. Como o capacitor de fluxo "Back to the Future", o termo foi inventado para ajudar a descrever algo imaginário, embora baseado em algumas observações reais. Os efeitos de se mover em um círculo tendem a fazer com que um objeto pareça estar "voando" para fora, e a idéia de uma força direcionada para dentro, causando uma experiência desse tipo, pode parecer à primeira vista intrigante. Força é um sentimento

Quando um carro faz uma curva acentuada para a esquerda, os passageiros podem se sentir "jogados" para a direita do carro. Ou, no final de uma volta em uma montanha-russa, os ciclistas podem se sentir empurrados para seus assentos.

Esses sentimentos são o resultado da inércia;
, no entanto, não é uma força (embora possa ser referido como uma força aparente
). A inércia descreve a tendência de um objeto de resistir a mudanças em seu movimento, conforme descrito pela Primeira Lei de Newton, a Lei da Inércia.

Quando o carro dá uma guinada repentina ou a montanha-russa mergulha, o humano corpos dentro já estão se movendo com alguma velocidade em uma direção específica. De acordo com a Lei da Inércia, esses corpos inicialmente resistem a mudar suas velocidades.
Os passageiros ainda estão avançando no espaço quando o carro começa a sair bruscamente para a esquerda - para que não seja "jogado" à direita ", o carro está na verdade colidindo com eles a partir da esquerda enquanto se move repentinamente.
Quando seus corpos alcançam e começam a se mover para a esquerda, a sensação de colisão termina.

Da mesma forma na montanha-russa, os corpos ainda estão se movendo para baixo quando a montanha-russa começa a empurrá-los para cima. Até que seus corpos alcancem a nova velocidade da montanha-russa, eles sentem que estão sendo jogados contra a parte externa das carroças. Seus corpos ainda estão se movendo em direção às carroças, como as carroças agora se movem em direção a seus corpos.
Como funciona a força centrípeta

A força centrípeta é apenas parte da receita para fazer algo se mover em círculo. O outro ingrediente é a velocidade linear. Um objeto deve estar se movendo quando uma força centrípeta age em ângulo reto com seu movimento para que ele se mova em círculo.

Considere uma bola no final de uma corda. Para que uma pessoa faça girar em torno de sua cabeça, ela deve primeiro fazer um lance com algum componente horizontal (em outras palavras, não diretamente para dentro ou para longe de si). A pessoa puxa a corda esticada, e a bola começa a circundá-la em vez de voar.

Duas coisas têm que continuar acontecendo para que a bola na corda continue girando: A pessoa deve continuar puxando a corda ( puxando-o), e
eles devem continuar adicionando pequenos empurrões horizontais para manter o movimento linear da bola, o que de outra forma diminuiria o atrito com o ar. (No espaço, no entanto, a pessoa só precisaria puxar a corda ensinada, pois a bola não perderia sua velocidade linear ao girar no vácuo.)

Se a bola não estava se movendo e a pessoa puxava a corda esticada, a bola se movia para dentro em direção à pessoa, não um círculo. Se a bola estivesse se movendo diretamente para fora da pessoa e eles puxassem a corda, primeiro a bola diminuiria a velocidade, depois mudaria de direção e voltaria para a pessoa, novamente não um círculo.

Nesses casos , nem faria sentido chamar a força transmitida através do cabo de força centrípeta. É simplesmente uma força aplicada de tensão na bola.
Fontes de força centrípeta

A palavra centrípeta
é apenas uma maneira de descrever qualquer força agindo perpendicular à velocidade linear de um objeto. Muitos tipos de objetos ou interações podem fornecer forças centrípetas.

Por exemplo, como já mencionado, uma corda girando em um círculo fornece força centrípeta a um objeto amarrado na extremidade dele. Um carro que vira uma curva experimenta força centrípeta do atrito entre seus pneus e a estrada. Um satélite em órbita continua se movendo em círculo devido à força gravitacional que fornece uma força centrípeta em direção ao centro da Terra.

Em cada um desses casos, se a fonte da força centrípeta for removida repentinamente, a corda , o atrito ou a gravidade, o objeto para de se mover em círculo. Mais especificamente, ele voaria tangente a esse círculo com qualquer velocidade linear que tivesse.
Força Centrípeta e Aceleração Centrípeta

Porque a força centrípeta é direcionada para o centro do caminho circular e da força centrífuga de um objeto. não existe para neutralizá-lo
, o objeto que se move em um caminho curvo deve estar experimentando uma força líquida em direção ao centro do círculo.

Da Segunda Lei de Newton, F \u003d ma ,
segue que uma força líquida causa uma aceleração. De fato, qualquer coisa que se mova em um círculo tem uma aceleração, conhecida como aceleração centrípeta
, em direção ao centro do círculo.

Isso pode parecer contra-intuitivo, considerando que uma aceleração significa uma mudança velocidade, mas muitas coisas se movem em um círculo a uma taxa aparentemente constante.

Aqui ajuda a lembrar que a velocidade é um vetor, com magnitude e direção, e mudar qualquer um desses resultados resulta em uma nova velocidade. À medida que um objeto se move em círculo, tanto a velocidade linear quanto a aceleração centrípeta estão mudando constantemente de direção; em qualquer ponto do caminho, as setas de cada vetor estarão voltadas para um caminho diferente do que em qualquer outro ponto do caminho.

Portanto, o objeto continua viajando na mesma velocidade
mas com uma direção em constante mudança. Os físicos descrevem isso como movimento circular uniforme
.
Como ajustar o movimento circular

Como a força centrípeta é sempre perpendicular à velocidade linear de um objeto, ela descreve o raio do caminho circular do objeto. Portanto, quanto maior a força centrípeta, mais difícil será o "puxão" para dentro, mais apertado ou menor será o círculo, e quanto menor a força centrípeta, maior será o caminho circular.

Isso pode fazer sentido intuitivamente: puxar a corda que segura a bola ou fazer uma curva em uma superfície pegajosa com mais atrito do que em uma superfície lisa, como gelo, resultará em movimentos circulares menores. Lembre-se de que, em qualquer situação, a única força que causa o movimento circular é uma força centrípeta interna. Nenhuma força centrífuga empurra um objeto "para fora" em um círculo.