Calculadora de Força Centrípeta

Boas-vindas à calculadora de força centrípeta da Omni. Esta ferramenta simples de usar ajuda você a encontrar respostas para as perguntas mais comuns e intrigantes sobre a força centrípeta. Você já se perguntou:

• O que é a força centrípeta?
• Como calcular a força centrípeta?
• Como encontrar a força centrípeta que atua em um corpo em movimento circular?
• Qual é a diferença entre força centrípeta e força centrífuga?

Se sim, este é o lugar certo para você começar! Leiamos o artigo juntos para que você aprenda sobre a definição e as unidades da força centrípeta. Você também pode encontrar alguns exemplos de força centrípeta para calcular por si só.

A definição mais comum de força centrípeta, encontrada nos livros, nos diz que a força centrípeta é a força que atua em qualquer objeto que se move ao longo de um caminho curvo. A direção da força é sempre paralela ao raio da curvatura r.

Normalmente, lidamos com exemplos de força centrípeta quando falamos de um movimento circular. Esse é o tipo mais simples de movimento não linear. Nesse caso, o raio da curvatura é, naturalmente, o raio do círculo. Consulte a calculadora de movimento circular 🇺🇸 da Omni para obter uma explicação mais detalhada com exemplos!

Você pode escrever a fórmula da força centrípeta como:

F = m ⋅ v² / r

onde:

• F é a força centrípeta;
• m é a massa do objeto;
• v é sua velocidade; e
• r é o raio da trajetória (círculo).

De acordo com a segunda lei de Newton, a = v² / r é a fórmula da aceleração centrípeta.

Dê uma olhada no diagrama abaixo para visualizar a definição da força centrípeta:

Também podemos usar a calculadora de velocidade angular da Omni para reescrever a equação da força centrípeta, substituindo a velocidade pela velocidade angular ω, ficando com:

F = m ⋅ ω² ⋅ r

Como a força centrípeta é, bem, uma força, ela tem exatamente a mesma unidade que outras forças na física. Então, qual é a unidade da força centrípeta?

• A unidade SI da força centrípeta é o newton, N;
• A unidade imperial da força centrípeta é o poundal, pdl;
• A unidade da força centrípeta da engenharia inglesa é a libra-força, lbf;
• A unidade CGS da força centrípeta é o dine, dy.

No entanto, usando nossa calculadora de força centrípeta, você não precisa se preocupar com a conversão da unidade de força 🇺🇸. Você pode alterá-las automaticamente com um único clique!

Da mesma forma, a unidade da aceleração centrípeta é m/s².

À primeira vista, pode parecer que não há diferença entre a força centrípeta e a centrífuga. Nossa calculadora de força centrífuga usa precisamente a mesma equação da centrípeta:

F = m ⋅ v² / r

O fator crucial que nos ajuda a distinguir entre essas duas é o ponto de referência. Imagine um movimento circular, por exemplo, uma criança em um carrossel:

1. Em um ponto de referência inercial (um pai observando a criança à distância), existe apenas uma força que muda a direção do movimento, esta é a força centrípeta;

2. Em um ponto de referência não inercial (o ponto de vista da criança), existem duas forças correspondentes com os mesmos valores que se equilibram. Mais uma vez, há a força centrípeta agindo em direção ao eixo de rotação. A segunda é a força centrífuga, que possui sentido oposto à força centrípeta, fazendo assim com que a criança permaneça em seu lugar no carrossel, sem cair em direção ao centro de rotação, nem ser arremessada para fora do brinquedo.

Como você pode ver, a força centrípeta está presente em ambos os pontos de referência, enquanto a força centrífuga se revela apenas no referencial não inercial.

Nem sempre é evidente se estamos lidando com um referencial inercial ou não inercial. Como distinguir entre eles? Vamos dar uma olhada nos dois diagramas com a comparação da força centrípeta versus a força centrífuga:

Com a teoria em nossas mentes, vamos tentar resolver alguns exemplos de força centrípeta.

1. Como calcular a força centrípeta que atua em um carro que circula em uma pista circular? A massa do carro é 2 t, sua velocidade é igual a 45 km/h e o raio da pista é 10 m:

   • Antes de fazermos os cálculos, vamos converter a massa em quilogramas e mudar as unidades de velocidade de km/h para m/s. Assim, 2 t = 2.000 kg, 45 km/h = 12,5 m/s;

   • Aplique a equação da força centrípeta, F = m ⋅ v² / r = 2.000 ⋅ (12,5)² / 10 = 31.250 N;

   • Você também pode escrever a solução usando notação científica, F = 3,125 × 10⁴ N, ou com um sufixo apropriado, F = 31,25 kN.

2. Vamos encontrar a velocidade de um objeto que se desloca ao redor do círculo com raio r = 5 pés quando a força centrípeta é igual a 3,6 pdl, e sua massa é de 2 lb:

   • Reorganize a fórmula da força centrípeta para que você possa estimar o quadrado da velocidade. Para fazer isso, multiplique ambos os lados da equação por r e divida por m;

   • v² = F ⋅ r / m = 3,6 ⋅ 5 / 2 = 9;

   • Calcule a raiz quadrada do resultado anterior para obter a velocidade, v = √9 = 3 pés/s;

   • Também podemos reescrever o resultado com uma unidade diferente. Após o arredondamento para três algarismos significativos, a velocidade é igual a 0,914 m/s.

Sempre que você se perder ou quiser apenas verificar os resultados, fique à vontade para usar nossa calculadora de força centrípeta. Ela segue exatamente as mesmas etapas desses exemplos para que você possa avaliar qualquer uma das variáveis da equação da força centrípeta!

A partir da definição de força centrípeta, podemos ver que a orientação da força é sempre perpendicular ao movimento.

Agora, vamos relembrar a definição de trabalho:

W = F · s

Se o ângulo entre o deslocamento do movimento s e a força F for 90°, então o trabalho é igual a zero, portanto, nenhuma energia adicional entra ou sai do sistema. Qual é a consequência?

Se a força centrípeta for a única que atua sobre o objeto, a energia total do sistema é conservada. Alguns dos exemplos mais conhecidos desse tipo de movimento são os sistemas planetários. É por isso que os planetas orbitam ao redor do Sol em órbitas estáveis durante muito tempo.