Questo articolo spiega cos’è la forza centripeta in fisica. Quindi imparerai il significato della forza centripeta, come calcolarla e, inoltre, un esercizio risolto passo dopo passo.
Cos’è la forza centripeta?
La forza centripeta è una forza agente su un corpo che descrive un movimento circolare . Più specificatamente, la forza centripeta è la forza che fa cambiare direzione al corpo e, quindi, a tracciare un percorso circolare. La forza centripeta appare quindi solo nei movimenti circolari.
Ad esempio, se attacchiamo una corda a una palla e la facciamo ruotare attorno a un asse a velocità costante, la palla seguirà un percorso circolare perché la corda esercita su di essa una forza centripeta. Un altro esempio di forza centripeta è la forza che mantiene un satellite in orbita.
La caratteristica principale della forza centripeta è quella di essere perpendicolare alla velocità del corpo che descrive il moto circolare, il quale è tangente alla traiettoria circolare. Quindi la forza centripeta punta sempre verso il centro del movimento circolare.
Come puoi vedere nell’immagine precedente, la direzione della forza centripeta (F c ) è radiale e la sua direzione è verso il centro della traiettoria circolare. D’altra parte, la forza tangenziale (F t ) è perpendicolare alla forza centripeta e compare anche in alcuni tipi di movimenti circolari. Di seguito vedremo quali sono le differenze tra forza centripeta e forza tangenziale.
Formula della forza centripeta
La forza centripeta è uguale alla massa del corpo moltiplicata per l’ accelerazione centripeta . La forza centripeta è quindi uguale alla massa del corpo moltiplicata per il quadrato della velocità diviso il raggio. La forza centripeta si calcola anche moltiplicando la massa per il quadrato della velocità angolare per il raggio.
In breve, la formula per calcolare la forza centripeta è:
Oro:
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è l’accelerazione centripeta.
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è la massa del corpo in movimento che compie il moto circolare.
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è l’accelerazione centripeta (o accelerazione normale).
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è la velocità tangenziale (o velocità lineare).
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è il raggio del percorso del movimento circolare.
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è la velocità angolare.
Nota che la forza centripeta punta sempre verso il centro del percorso circolare. Il segno della forza centripeta sarà quindi positivo o negativo a seconda del sistema di riferimento scelto.
Esempio di calcolo della forza centripeta
Ora che conosciamo la definizione di forza centripeta e qual è la sua formula, vediamo un esempio concreto di come si calcola questo tipo di forza.
- Un corpo in movimento di massa m=8 kg descrive un moto circolare uniforme con velocità angolare di 2 rad/s e raggio di curvatura di 3 m. Qual è la forza centripeta che agisce sul corpo in movimento?
Poiché il problema ci fornisce il valore della velocità angolare del corpo, per trovare la forza centripeta dobbiamo utilizzare la seguente formula:
Quindi sostituiamo i dati nella formula e calcoliamo la forza centripeta che agisce sul corpo rotante che esegue un movimento circolare uniforme:
Forza centripeta e forza tangenziale
In questa sezione vedremo qual è la differenza tra forza centripeta e forza tangenziale, poiché questi sono i due principali tipi di forze che appaiono in un movimento circolare vario.
La forza tangenziale è una forza che agisce su un corpo che descrive un movimento circolare non uniforme ed è tangente alla traiettoria seguita dal corpo. La forza tangenziale è la forza che fa ruotare il corpo più velocemente o più lentamente.
La differenza tra forza centripeta e forza tangenziale è che la forza centripeta provoca un cambiamento nella direzione della traiettoria del corpo in movimento, mentre la forza tangenziale provoca un cambiamento nell’entità della velocità del corpo.
Inoltre, la forza centripeta punta verso il centro del percorso circolare, mentre la forza tangenziale è tangente al percorso. La forza centripeta e la forza tangenziale sono quindi perpendicolari.
Tieni presente che la forza centripeta esiste in qualsiasi tipo di movimento circolare, altrimenti il corpo in movimento seguirebbe un percorso rettilineo. Tuttavia, la forza tangenziale è zero nel movimento circolare uniforme perché la velocità tangenziale è costante.
Forza centripeta e forza centrifuga
Infine vedremo qual è la differenza tra forza centripeta e forza centrifuga, poiché sono due tipi diversi di forze che spesso vengono confuse.
La forza centrifuga è una forza fittizia che appare quando si studia il movimento di un corpo da un sistema di riferimento rotante.
Pertanto, la differenza tra forza centripeta e forza centrifuga è che la forza centripeta è una forza reale che appare quando un corpo compie un movimento circolare, mentre la forza centrifuga è una forza fittizia che appare quando il sistema di riferimento ruota attorno a un asse.