Principal diferença - força centrífuga vs. força centrípeta

Existem forças agindo em qualquer objeto que esteja viajando em um caminho circular. Dependendo do tipo de quadro de referência a partir do qual o objeto é observado, as forças podem parecer agir de maneira diferente sobre o objeto. o principal diferença entre a força centrífuga e centrípeta é que força centrípeta atua sobre o objeto em direção ao centro do caminho circular. Em contraste, força centrífuga é uma força aparente que atua sobre o objeto em uma direção que aponta para longe do centro do círculo. Um observador em um referencial inercial não percebe uma força centrífuga. Apenas um observador em um referencial giratório que gira junto com o objeto em movimento circular percebe uma força centrífuga.

O que é força centrípeta

Um objeto acelera sempre que sua velocidade muda. Como a velocidade é uma grandeza vetorial, ela pode ser alterada alterando seu tamanho (velocidade) ou a direção do movimento. Qualquer objeto viajando em um caminho circular muda constantemente de direção, o que significa que está constantemente acelerando. De acordo com a segunda lei de Newton, uma vez que o objeto está acelerando, ele deve ter uma força resultante agindo sobre ele. Ao considerar a representação vetorial da velocidade de um objeto viajando em um caminho circular e, em seguida, aplicando a segunda lei de Newton a esta aceleração, descobrimos que a força centrípeta em um objeto viajando em um caminho circular sempre atua em direção ao centro do círculo, e que esta força centrípeta

poderia ser dado por:

Onde

é a missa e

é a velocidade do objeto, e

é o raio do caminho circular do objeto.

O que é força centrífuga

Considere o homem prestes a fazer um "lançamento de martelo" mostrado abaixo:

Um atirador de martelo

À medida que o lançador de martelo gira o martelo, ele também gira junto com o martelo. Em outras palavras, ele e o martelo estão em um quadro de referência giratório. Quando ele olha para o martelo, ele vê (com respeito a si mesmo) que o martelo está parado. Ele sente uma tensão no cabo e então sabe que o martelo está puxando o cabo para longe dele. Com a terceira lei de Newton, ele conclui que o cabo deve estar puxando o martelo em sua direção.

No entanto, o atirador pensa que o martelo está parado. Ele também sabe que o martelo está sendo puxado em sua direção, então, de acordo com a primeira lei de Newton, ele conclui que deve haver outra força atuando no martelo, puxando-o diretamente para longe dele. Essa força é centrífuga: a palavra "centrífuga" aqui significa que essa força percebida está tentando puxar o objeto para longe do centro do caminho circular do objeto (é claro, o atirador não sabe que o martelo está se movendo em um caminho circular, mas se ele explicasse mais tarde as forças que percebeu para alguém que observou o lançador de martelo de um referencial inercial, essa pessoa identificaria que a força “centrífuga” apontada para fora do centro do caminho circular).

O martelo não está em repouso em um referencial inercial. Um observador olhando para o martelo de um referencial inercial verá o martelo viajando em um caminho circular e não encontrará uma força centrífuga. Na verdade, se você ver o martelo a partir de um referencial inercial, identificará duas forças agindo sobre o martelo, a tensão ao longo do cabo e o peso do martelo:

Forças atuando no martelo

A tensão atua ao longo do cabo do martelo, puxando o martelo em direção ao círculo enquanto a gravidade tenta puxar o martelo para baixo. A força centrípeta é a força resultante em direção ao centro. Por exemplo, se o lançador de martelo está girando o martelo em um círculo horizontal no momento, a força resultante em direção ao centro do círculo seria

.

O vídeo abaixo também discute a diferença entre forças "centrípetas" e "centrífugas" para objetos que se movem em caminhos circulares:

A força centrífuga é frequentemente vista como uma força “fictícia” porque não pode ser observada a partir de um quadro de referência inercial e também porque não existe uma “interação” real que se pudesse apontar para explicar a sua origem. No entanto, às vezes, é útil imaginar as forças centrífugas como se fossem reais, especialmente se você estiver projetando coisas que vão se tornar parte de um sistema giratório!

Diferença entre força centrífuga e centrípeta

Real ou fictício

Força centrípeta é uma força real resultante de uma interação física.

Força centrífuga é uma força fictícia que parece estar presente quando um objeto em rotação é visto de um quadro de referência que também está girando junto com o objeto.

Direção

Força centrípeta atua em direção ao centro do caminho circular.

Força centrífuga parece agir em uma direção que aponta para longe do centro do caminho circular.

Aparência em referenciais inerciais

Força centrípeta pode ser observada a partir de um referencial inercial.

Força centrífuga não pode ser observado a partir de um referencial inercial.

Imagem Cortesia

“Throwing the Hammer - Dornoch Highland Gathering 2007” por John Haslam (Obra própria) [CC BY 2.0], via flickr