▷ O que é força centrípeta? (fórmula e exemplos)

Este artigo explica o que é força centrípeta na física. Assim você aprenderá o significado da força centrípeta, como calcular a força centrípeta e, além disso, um exercício resolvido passo a passo.

O que é força centrípeta?

A força centrípeta é uma força que atua sobre um corpo que descreve um movimento circular . Mais especificamente, a força centrípeta é a força que faz com que o corpo mude de direção e, portanto, trace uma trajetória circular. A força centrípeta, portanto, só aparece em movimentos circulares.

Por exemplo, se prendermos um barbante a uma bola e girá-la em torno de um eixo a uma velocidade constante, a bola seguirá uma trajetória circular porque o barbante exerce uma força centrípeta sobre ela. Outro exemplo de força centrípeta é a força que mantém um satélite em órbita.

A principal característica da força centrípeta é que ela é perpendicular à velocidade do corpo que descreve o movimento circular, que é tangente à trajetória circular. Portanto, a força centrípeta aponta sempre para o centro do movimento circular.

Como você pode ver na imagem anterior, a direção da força centrípeta (F _c ) é radial e sua direção é em direção ao centro da trajetória circular. Por outro lado, a força tangencial (F _t ) é perpendicular à força centrípeta e também aparece em certos tipos de movimentos circulares. A seguir veremos quais são as diferenças entre força centrípeta e força tangencial.

Fórmula de força centrípeta

A força centrípeta é igual à massa do corpo vezes a aceleração centrípeta . A força centrípeta é, portanto, igual à massa do corpo multiplicada pelo quadrado da velocidade dividido pelo raio. A força centrípeta também é calculada multiplicando a massa pelo quadrado da velocidade angular pelo raio.

Resumindo, a fórmula para calcular a força centrípeta é:

Ouro:

$F_c$

é a aceleração centrípeta.
$m$

é a massa do corpo em movimento que realiza o movimento circular.
$a_c$

é a aceleração centrípeta (ou aceleração normal).
$v$

é a velocidade tangencial (ou velocidade linear).
$r$

é o raio da trajetória do movimento circular.
$\omega$

é a velocidade angular.

Observe que a força centrípeta sempre aponta para o centro da trajetória circular. O sinal da força centrípeta será, portanto, positivo ou negativo dependendo do sistema de referência escolhido.

Exemplo de cálculo de força centrípeta

Agora que sabemos a definição de força centrípeta e qual é sua fórmula, vamos ver um exemplo concreto de como esse tipo de força é calculado.

Um corpo em movimento de massa m = 8 kg descreve um movimento circular uniforme com velocidade angular de 2 rad/s e raio de curvatura de 3 m. Qual é a força centrípeta que atua sobre o corpo em movimento?

Como o problema nos dá o valor da velocidade angular do corpo, para encontrar a força centrípeta devemos utilizar a seguinte fórmula:

$F_c=m\cdot \omega^2 \cdot r$

Então substituímos os dados na fórmula e calculamos a força centrípeta que atua sobre o corpo giratório realizando movimento circular uniforme:

$F_c=8\cdot 2^2 \cdot 3= 96\ N$

Força centrípeta e força tangencial

Nesta seção veremos qual é a diferença entre força centrípeta e força tangencial, uma vez que estes são os dois principais tipos de forças que aparecem em movimentos circulares variados.

A força tangencial é uma força que atua sobre um corpo que descreve um movimento circular não uniforme e é tangencial à trajetória seguida pelo corpo. Força tangencial é a força que faz com que o corpo gire mais rápido ou mais devagar.

A diferença entre a força centrípeta e a força tangencial é que a força centrípeta causa uma mudança na direção da trajetória do corpo em movimento, enquanto a força tangencial causa uma mudança na magnitude da velocidade do corpo.

Além disso, a força centrípeta aponta para o centro da trajetória circular, enquanto a força tangencial é tangente à trajetória. A força centrípeta e a força tangencial são, portanto, perpendiculares.

Tenha em mente que a força centrípeta existe em qualquer tipo de movimento circular, caso contrário o corpo em movimento seguiria uma trajetória reta. No entanto, a força tangencial é zero no movimento circular uniforme porque a velocidade tangencial é constante.

➤ Veja: O que é força tangencial?

Força centrípeta e força centrífuga

Por fim, veremos qual é a diferença entre força centrípeta e força centrífuga, pois são dois tipos diferentes de forças que muitas vezes são confundidas.

A força centrífuga é uma força fictícia que aparece ao estudar o movimento de um corpo a partir de um sistema de referência rotativo.

Portanto, a diferença entre a força centrípeta e a força centrífuga é que a força centrípeta é uma força real que aparece quando um corpo faz um movimento circular, enquanto a força centrífuga é uma força fictícia que aparece quando o referencial gira em um eixo.