Calculadora de Força Centrípeta
Índice
O que é a força centrípeta? Equação da força centrípetaUnidades de força centrípetaQual é a diferença entre força centrípeta e força centrífuga?Como encontrar a força centrípeta usando esta calculadora?A força centrípeta e o princípio da conservação de energiaPerguntas frequentesBoas-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.
O que é a força centrípeta? Equação da força centrípeta
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; er
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:
![O diagrama da força centrípeta.](https://uploads-cdn.omnicalculator.com/images/centripetal_force1.png?width=425&enlarge=0&format=jpeg)
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
Unidades de força centrípeta
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
.
Qual é a diferença entre força centrípeta e força centrífuga?
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:
-
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;
-
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:
![Comparação entre referenciais inercial e não inercial com o diagrama de forças centrípetas e centrífugas.](https://uploads-cdn.omnicalculator.com/images/centripetal_force2.png?width=425&enlarge=0&format=jpeg)
Como encontrar a força centrípeta usando esta calculadora?
Com a teoria em nossas mentes, vamos tentar resolver alguns exemplos de força centrípeta.
-
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 a45 km/h
e o raio da pista é10 m
:-
Antes de fazermos os cálculos, vamos converter a massa em quilogramas e mudar as unidades de velocidade de
km/h
param/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
.
-
-
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 a3,6 pdl
, e sua massa é de2 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 porm
; -
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 força centrípeta e o princípio da conservação de energia
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.
Como calcular a força centrípeta?
Para calcular a força centrípeta de um objeto viajando em um movimento circular, você deve:
- Encontrar o quadrado de sua velocidade linear,
v²
. - Multiplicar esse valor por sua massa,
m
. - Dividir tudo pelo raio do círculo,
r
.
Qual é a diferença entre a força centrípeta e centrífuga?
A força centrípeta faz com que um objeto se mova ao longo de uma trajetória curva e ela aponta para o centro da rotação. A força centrífuga é uma força aparente sentida pelo corpo que se move ao longo de uma trajetória curva, e ela aponta para fora da trajetória circular.
Como a força centrípeta afeta o movimento circular?
A força centrípeta é perpendicular à velocidade e altera sua direção sem alterar sua magnitude. Se for a única força agindo sobre o objeto, isso resultará em um movimento circular uniforme.
O que causa a força centrípeta?
Dependendo da situação, diferentes forças podem atuar como a força centrípeta:
- Força gravitacional: para a Lua ou satélites em órbita ao redor da Terra;
- Atrito: para um carro ou um skatista fazendo uma curva;
- Tensão: para a massa de um pêndulo;
- Força de contato: para uma pessoa em uma montanha-russa ou em um avião.
Que força causa o movimento centrípeto da Terra?
A atração gravitacional causa o movimento centrípeto da Terra. A Terra se move ao redor do Sol devido à força gravitacional que atrai estes dois corpos. A força centrípeta aponta para o Sol, o que muda a direção da velocidade da Terra e resulta em um movimento elíptico.
Qual é a relação entre a força centrípeta e a massa?
A força centrípeta é proporcional à massa. Se você dobrar a massa, dobrará a força centrípeta. Da mesma forma, ao dividir a massa pelo fator dez, você reduz a força centrípeta em dez vezes.
Por que a força centrípeta é necessária para um movimento circular?
Para nos movermos em um movimento circular, precisamos aplicar uma força centrípeta que mude a orientação do vetor velocidade. Caso contrário, de acordo com a Primeira Lei de Newton, o objeto se moveria em linha reta com velocidade constante, já que não existiriam forças sobre ele.