A força é uma coisa engraçada da física. Sua relação com a velocidade é muito menos intuitiva do que a maioria das pessoas provavelmente pensa. Por exemplo, na ausência de efeitos de atrito (por exemplo, a estrada) e "arrastar" (por exemplo, o ar), não requer literalmente força para manter um carro em movimento a 161 km /h (160 km /h), mas exige uma força externa para desacelerar o carro mesmo de 100 a 99 mi /h. A força centrípeta, que é exclusiva do mundo vertiginoso do movimento rotacional (angular), tem um anel dessa "graça" para ele. Por exemplo, mesmo quando você sabe exatamente por que, em termos newtonianos, o vetor de força centrípeta de uma partícula é direcionado para o centro do caminho circular ao redor do qual a partícula está viajando, ainda parece um pouco estranho. Qualquer pessoa que já tenha experimentado uma força centrípeta forte pode estar inclinada a enfrentar um desafio sério e até plausível à física subjacente com base em sua própria experiência. (A propósito, mais sobre todas essas quantidades misteriosas em breve!) Chamar a força centrípeta de um "tipo" de força, como alguém pode se referir à força da gravidade e a algumas outras forças, seria enganoso. . A força centrípeta é realmente um caso especial de força que pode ser analisado matematicamente usando os mesmos princípios newtonianos essenciais que são usados nas equações da mecânica linear (translacional). Antes de você poder explorar completamente a força centrípeta força, é uma boa ideia revisar o conceito de força e de onde ela "vem" em termos de como os cientistas humanos a descrevem. Por sua vez, isso oferece uma grande oportunidade para revisar todas as três leis do movimento dos físicos matemáticos dos séculos XVII e XVIII Isaac Newton. Estes são ordenados por convenção e não por importância: A segunda lei de Newton, escrita F net \u003d ma, afirma que, se existir uma força líquida em um sistema, acelerará uma massa m nesse sistema com magnitude e direção a. A aceleração é a taxa de mudança de velocidade; então, novamente, você vê que a força não é necessária para o movimento em si, apenas para mudar o movimento. A terceira lei de Newton afirma que para cada força F na natureza existe uma força –F igual em magnitude e oposta em direção. As leis de Newton fornecem uma estrutura útil para estabelecer equações que descrevem e preveem como os objetos se movem no espaço. Para os propósitos deste artigo, espaço As quatro quantidades básicas de preocupação nas equações cinemáticas são deslocamento, velocidade (taxa de mudança de deslocamento) , aceleração (taxa de variação da velocidade) e tempo. As variáveis dos três primeiros diferem entre movimento linear e rotacional (angular) devido à qualidade diferente do movimento, mas descrevem os mesmos fenômenos físicos. Por esse motivo, embora a maioria dos estudantes aprenda a resolver problemas cinemáticos lineares antes de ver seus associados no mundo angular, seria plausível ensinar o movimento rotacional primeiro e depois "derivar" deles as equações lineares correspondentes. Mas, por várias razões práticas, isso não é feito. O que faz um objeto seguir um caminho circular em vez de uma linha reta? Por exemplo, por que um satélite orbita a Terra em um caminho curvo e o que mantém um carro se movendo em uma estrada curva, mesmo com o que parece ser impossivelmente alta em alguns casos? Dicas Força centrípeta é o nome para qualquer tipo de força que faz com que um objeto se mova em um caminho circular. Como observado, a força centrípeta não é uma tipo distinto de força no sentido físico, mas uma descrição de qualquer força direcionada ao centro do círculo que representa o caminho do movimento do objeto. Dicas Não confunda força centrípeta com o mítico-ainda- "força centrífuga" persistente. A força centrípeta pode surgir de várias fontes. Por exemplo: • A tensão T (que possui unidades de força divididas pela distância • A atração gravitacional entre o centro de duas grandes massas (por exemplo, a Terra e a lua). Em teoria, todos os objetos com massa exercem uma força gravitacional sobre outros objetos. Porém, como essa força é proporcional à massa do objeto, na maioria dos casos é desprezível (por exemplo, a força gravitacional ascendente infinitamente pequena de uma pena na Terra quando ela cai). A "força de gravidade "(ou propriamente, a aceleração devido à gravidade) g perto da superfície da Terra é 9,8 m /s 2. • Fricção. Um exemplo típico de uma força de atrito em problemas de física introdutórios é aquele entre os pneus de um carro e a estrada. Mas talvez uma maneira mais fácil de visualizar a interação entre atrito e movimento rotacional seja imaginar objetos capazes de "grudar" na parte externa de uma roda rotativa melhor do que outros a uma determinada velocidade angular, devido ao maior atrito entre as superfícies do esses objetos, que permanecem em um caminho circular e na superfície da roda. A velocidade angular de uma massa pontual ou objeto é completamente independente do que mais possa estar acontecendo com esse objeto, falando cineticamente, naquele ponto. Afinal, a velocidade angular é a mesma para todos os pontos em um objeto sólido, independentemente da distância. Mas, como também existe uma velocidade tangencial v t em jogo, a questão da aceleração tangencial surge ou surge? Afinal, algo se movendo em um círculo, mas acelerando, teria simplesmente de se libertar de seu caminho, tudo o mais era o mesmo. Certo? O básico da física impede que esse dilema aparente seja real. A segunda lei de Newton (F \u003d ma) exige que a força centrípeta seja a massa de um objeto m vezes sua aceleração, neste caso a aceleração centrípeta, que "aponta" na direção da força, ou seja, em direção ao centro do caminho. Você teria razão em perguntar: "Mas se o objeto está acelerando em direção ao centro, por que não se move dessa maneira?" A chave é que o objeto tem uma velocidade linear v t que é direcionada tangencialmente ao seu caminho circular, descrito em detalhes abaixo e fornecido por v t \u003d ωr. Mesmo que essa velocidade linear é constante, sua direção está sempre mudando (portanto, deve estar passando por aceleração, que é uma mudança na velocidade; ambas são quantidades vetoriais). A fórmula para a aceleração centrípeta é dada por v t 2 /r. Um carro que entra em uma curva com velocidade constante e serve como um excelente exemplo de força centrípeta em ação. Para que o carro permaneça no caminho curvo pretendido durante a curva, a força centrípeta associada ao movimento de rotação do carro deve ser equilibrada ou excedida pela força de atrito dos pneus na estrada, que depende da massa do carro e da força. propriedades intrínsecas dos pneus. Quando a curva termina, o motorista faz o carro seguir uma linha reta, a direção da velocidade para de mudar e o carro para de girar; não há mais força centrípeta do atrito entre os pneus e a estrada direcionada ortogonalmente (a 90 graus) ao vetor de velocidade do carro. Porque a força centrípeta F c \u003d mv t 2 /r é direcionado tangencialmente ao movimento do objeto (ou seja, a 90 graus), ele não pode fazer nenhum trabalho no objeto horizontalmente porque nenhum componente da força líquida está na mesma direção que o movimento do objeto. Pense em cutucar diretamente ao lado de um vagão de trem que passa horizontalmente por você. Isso não vai acelerar o carro nem desacelerá-lo um pouco, a menos que seu objetivo não seja verdadeiro. Dicas O componente horizontal da força líquida no objeto em tal instância seria (F) (cos 90 °) que é igual a zero, de modo que as forças são balanceadas na direção horizontal; de acordo com a primeira lei de Newton, o objeto permanecerá em movimento a uma velocidade constante. Mas, como tem uma aceleração interna, essa velocidade deve estar mudando e, portanto, o objeto se move em um círculo. Até agora, apenas movimento circular uniforme, ou movimento com velocidade angular e tangencial constante, foi descrito. Quando, no entanto, há velocidade tangencial não uniforme, há, por definição, aceleração tangencial, que deve ser adicionada (no sentido vetorial) à aceleração centrípeta para obter a aceleração líquida do corpo. Neste Nesse caso, a aceleração líquida não aponta mais para o centro do círculo e a solução para o movimento do problema se torna mais complexa. Um exemplo seria uma ginasta pendurada em uma barra pelos braços e usando seus músculos para gerar força suficiente para finalmente começar a girar em torno dela. A gravidade está claramente ajudando sua velocidade tangencial no caminho para baixo, mas diminuindo sua velocidade no caminho de volta. Com base na velocidade anterior da força centrípeta verticalmente orientada, imagine uma montanha-russa com a massa M completando uma trajetória circular com raio R em um passeio estilo "loop the loop". Nesse caso, para a montanha-russa permanecer nos trilhos devido à força centrípeta, a força centrípeta líquida Mv < sub> t 2 /R deve no leste igual ao peso (\u003d Mg \u003d 9,8 M, em newtons) da montanha-russa no topo da curva, ou então a força da gravidade puxa a montanha-russa faixas. Isso significa que Mv t 2 /R deve exceder Mg, que, resolvendo para v t, fornece uma velocidade tangencial mínima de √gR ou (gR) < sup> 1/2. Portanto, a massa da montanha-russa não importa, apenas sua velocidade!
Visão geral das leis de Newton
A primeira lei de Newton, também chamada de lei da inércia, afirma que um objeto que se move com velocidade constante permanecerá nesse estado, a menos que seja perturbado por uma força externa. Uma implicação importante é que a força não é necessária para que os objetos se movam, não importa a rapidez, a velocidade constante.
Cinemática linear versus rotacional
realmente significa "espaço" bidimensional descrito pelas coordenadas x ("frente" e "para trás") e y ("para cima" e "para baixo") em movimento linear, θ (medida do ângulo, geralmente em radianos) er (a distância radial do eixo de rotação) em movimento angular.
O que é a força centrípeta?
Fontes de força centrípeta
) em uma corda ou corda que prende o objeto em movimento ao centro de seu caminho circular. Um exemplo clássico é a configuração de tetherball encontrada nos playgrounds dos EUA.
Como a força centrípeta causa um caminho circular
Around the Bend
Força centrípeta, matematicamente
Força centrípeta e movimento circular não uniforme
Exemplo de força centrípeta vertical
