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Força centrípeta

Força centrípeta é a força resultante que atua sobre um corpo e descreve um movimento em trajetória circular. É responsável por alterar a direção da velocidade do corpo e, além disso, aponta sempre para o centro das curvas, de modo que o ângulo formado entre essa força e o vetor velocidade seja sempre de 90º.

Veja também: Que tal conhecer as principais fórmulas de física para o Enem?

Como calcular a força centrípeta?

Quando um corpo realiza um movimento curvilíneo, ele está sujeito a uma força centrípeta. A força centrípeta é equivalente à força resultante sobre o corpo, na direção radial (que aponta para centro das curvas). A fórmula usada para o cálculo da força centrípeta é mostrada a seguir, confira:

FCP - força centrípeta (N)

m - massa (kg)

v - velocidade (m/s)

R - raio da curva (m)

A força centrípeta também pode ser escrita em termos da velocidade angular (ω), confira:

Por tratar-se de uma força, a centrípeta é uma grandeza vetorial, medida em newtons (N ou kg.m/s²). Além disso, de acordo com a 2ª lei de Newton, por tratar-se da resultante das forças, a centrípeta pode ser igualada ao produto da massa do corpo por sua aceleração. Desse modo, podemos definir uma fórmula para o cálculo da aceleração centrípeta:

acp - aceleração centrípeta (m/s²)

Veja também: Tudo o que você precisa saber sobre as operações com vetores

Geralmente é necessário que se analise as forças atuantes sobre o corpo para que seja possível estabelecer qual é a força resultante responsável por produzir o movimento circular. Quando os carros fazem curvas, por exemplo, é a força de atrito entre os pneus e o solo que muda a direção de seu movimento; já no caso dos planetas que orbitam em torno do Sol, o papel da força centrípeta é desempenhado pela força gravitacional.

Assim sendo, existem diversas configurações de força centrípeta, e, por isso, é necessário perceber que cada problema poderá ter uma força centrípeta resultante diferente. Por isso, neste artigo, exploraremos alguns casos comuns de centrípeta e, em seguida, apresentaremos alguns exercícios resolvidos.

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Força centrípeta e força de atrito

Essa situação é utilizada para resolver exercícios que tratem de veículos, como carros e motos, que entram em curvas com certa velocidade. Para resolvê-los, dizemos que a força centrípeta é a força de atrito entre os pneus e o chão, observe:

μ - coeficiente de atrito

N - força normal (N)

No caso em que queiramos determinar qual deve ser a máxima velocidade, ou ainda o raio da curva mínimo para que um corpo em movimento não derrape, é necessário utilizar o coeficiente de atrito estático, uma vez que, nessa situação, os pneus dos veículos apenas rolam pelo chão, sem deslizar.

Força centrípeta em lombadas e depressões

Quando algum veículo passa por cima de um quebra-molas, ou ainda por uma depressão na pista, uma força centrípeta atua sobre ele, de modo que possa realizar a curva. Essa força centrípeta pode ser percebida pelos ocupantes do veículo como um “frio na barriga”, uma vez que a inércia de nossos órgãos internos tende a mantê-los em seu estado de movimento quando entramos em curvas.

A próxima figura mostra como calculamos a força resultante quando algum móvel passa sobre uma lombada, confira:

Agora, mostramos a situação em que um móvel passa sobre uma depressão, observe como calculamos a força centrípeta:

Veja também: Aprenda a fazer conversão de unidades de maneira simples

Força centrípeta e tração

Quando algum corpo está preso em um fio, barbante ou cabo, e é colocado para girar, a força centrípeta é desempenhada pela força de tração, como quando o corpo gira segundo uma trajetória circular, apoiado em um plano horizontal. No caso de um pêndulo, por sua vez, a força centrípeta é determinada pela resultante da força peso e da força de tração.

No pêndulo, a força centrípeta é igual à diferença entre peso e tração (no ponto mais baixo).
No pêndulo, a força centrípeta é igual à diferença entre peso e tração (no ponto mais baixo).

Força centrípeta e força gravitacional

Uma vez que a força gravitacional aponta sempre na direção radial, ela é capaz de desempenhar o papel de força centrípeta. No caso em que houver exclusivamente a força gravitacional sobre um corpo, dizemos que a força centrípeta é igual à força gravitacional:

G - constante da gravitação universal

M e m - massas gravitacionais

O resultado obtido no cálculo permite-nos saber a velocidade orbital, ou seja, a velocidade com que um planeta gira em torno do Sol, ou mesmo a velocidade com que um satélite orbita a Terra, por exemplo.

Veja também: Elimine as suas dúvidas sobre o movimento uniforme de uma vez por todas!

Força centrípeta no globo da morte

No globo da morte, exploram-se as propriedades da força centrípeta para que a moto não caia.
No globo da morte, exploram-se as propriedades da força centrípeta para que a moto não caia.

O globo da morte é uma atração de circo em que motociclistas dão voltas completas, no interior de um grande globo metálico, sem caírem, graças à sua grande velocidade e ao efeito de sua inércia. A seguir, mostraremos um esquema de como se calcula a força centrípeta quando a moto encontra-se no fundo do globo da morte e quando ela está na iminência de cair, mas ainda é capaz de completar a volta no globo.

Quando a moto está na iminência de cair, a força normal sobre ela é nula.
Quando a moto está na iminência de cair, a força normal sobre ela é nula.

Agora, trazemos um esquema de como é calculada a força normal para os casos em que a moto encontra-se no fundo do globo da morte; no topo do globo da morte, mas com velocidade acima da velocidade mínima necessária para atravessá-lo; e, por fim, no topo do globo da morte, a mínima velocidade para que ela não caia:

Exercícios resolvidos sobre força centrípeta

Questão 1) Um carro de 1000 kg de massa entra, a 30 m/s, em uma curva de raio igual a 300 m, contida em uma superfície horizontal. Determine o módulo do coeficiente de atrito estático entre os pneus do carro e o asfalto, para que esse veículo não derrape.

a) 0,5

b) 3

c) 0,3

d) 0,2

e) 0,8

Gabarito: Letra C

Resolução:

Para fazermos esse cálculo, é necessário notar que a força de atrito entre os pneus e o solo desempenha o papel da força centrípeta. Depois disso, é necessário que nos lembremos da relação entre a força normal e o peso: essas forças têm a mesma intensidade quando em superfícies planas, desse modo, basta que façamos o seguinte cálculo:

Questão 2) Um carrinho de brinquedo de 50 g é preso a uma corda de 0,05 m de comprimento e colocado para girar em torno de um prego que se encontra fixo a uma superfície perfeitamente horizontal. Sabendo que a velocidade do carrinho é de 0,1 m/s, determine a intensidade da força de tração que é feita pela corda, desconsidere a ação de quaisquer forças dissipativas.

a) 1,0.10-2 N

b) 5,0.10-3 N

c) 1,0.10-4 N

d) 6,0.10-1 N

e) 1,0.10-3 N

Gabarito: Letra A

Resolução:

Neste exercício, a força centrípeta é desempenhada pela força de tração exercida pela corda, desse modo, basta que façamos o seguinte cálculo:

Publicado por: Rafael Helerbrock
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