Força centrífuga é a reação à força centrípeta?
30 de julho, 2018 às 10:12 | Postado em Forças inerciais, Mecânica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Professor Lang, antes de tudo, parabéns atrasado, obrigado pelo excelente trabalho que o senhor faz, ajudando-nos a desmistificar a física. Eu comprei recentemente num sebo, um livro do Martins-Pauli-Farid, é um livro antigo, que eu não conhecia. Estudando esse livro, me deparei com uma informação colocada ali, q diz o seguinte: para um referencial inercial, a força centrífuga é a reação da força centrípeta. Ele usa como exemplo uma bolinha dando voltas, presa a um fio, na bolinha existe uma tração que a puxa para o centro (que denominamos, força centrípeta), no fio atua a reação da tração que está orientada para fora(centrífuga). É certa essa interpretação? Pois, sempre aprendi que a centrífuga é uma força inercial, que aparece em referencias não-inerciais. Desde já lhe agradeço
Qualquer força orientada em direção a um centro poderia ser chamada licitamente de força centrípeta. Entretanto usualmente a expressão “força centrípeta” é usada para designar o produto da massa de um corpo por sua aceleração centrípeta. Portanto esta expressão, consistente com a Segunda Lei de Newton, na verdade designa a resultante de todas as forças na direção radial e que é necessariamente orientada para o centro da trajetória (tem a mesma orientação da aceleração centrípeta).
Ou seja, deve-se entender a expressão “força centrípeta” como “a resultante de todas as forças exercidas no corpo na direção radial, cuja orientação é centrípeta”.
A Terceira Lei de Newton, ou o Princípio da Ação e Reação, se aplica a cada uma das forças mas não tem sentido falar em UMA reação ao produto da massa pela aceleração (neste caso particular a aceleração centrípeta) já que ele é o somatório de todas as forças na direção radial.
O caso da bolinha presa a um fio e em movimento circular envolve no mínimo duas forças exercidas na bolinha (mesmo que desprezemos os efeitos do ar). Além da força tensora no fio (força de tração), existe também o peso. A figura 1 representa uma bolinha circulando presa a um fio em em um plano vertical e as duas únicas forças que nela são exercidas caso desprezemos os efeitos do ar.
Suponhamos que a bolinha tenha massa de 200 g e portanto seu peso é aproximadamente 2,0N e que no ponto mais baixo da trajetória tenha a velocidade de 5,0 m/s. Assim sendo a sua aceleração centrípeta vale V2/R=52/1=25 m/s2. A resultante das duas forças (peso e força tensora), a força centrípeta, vale então 0,20×25=5,0N. Para que a resultante tenho o valor de 5,0N, a força tensora deve ser de 7,0N já que o valor do peso (2,0N) deve dele ser subtraído para resultar 5,0N.
Nota que nesta situação há duas forças exercidas na bolinha e que 5,0N não representa o valor de uma terceira força mas simplesmente é o valor da resultante de ambas. Tanto o peso quanto a força tensora possuem seus respectivos pares de ação e reação e à resultante das duas forças não se aplica o Princípio da Ação e Reação conforme já discutido no parágrafo com destaque em negrito. Então é um equívoco chamar a força tensora exercida no fio de força de reação à força centrípeta e portanto denominá-la de força centrífuga.
A força inercial (ou fictícia) centrífuga ocorre em um sistema de referência não inerciais em rotação, por exemplo, quando consideramos um sistema de referência solidário à bolinha. Neste caso a resultante das forças é nula pois a bolinha está em repouso em relação a ela própria. A resultante da forças é nula neste sistema não inercial pois além do peso e da força tensora atribui-se uma força inercial, a força inercial centrífuga, com valor de 5,0N exercida no mesmo sentido do peso. A força inercial centrífuga é denominada de força fictícia por não valer para ela o Princípio da Ação e Reação.
É importante perceber que a força centrípeta e a força inercial centrífuga, apesar de neste exemplo terem o mesmo valor, são mutuamente excludentes pois ocorrem em sistemas de referências diferentes.
Portanto
1- à força centrípeta, como a qualquer resultante de forças, não se aplica o Princípio da Ação e Reação;
2 – à força inercial centrífuga, que somente ocorre em sistemas não inerciais em rotação, também não se aplica o Princípio da Ação e Reação sendo por isto denominada de força fictícia.
Portanto aprendeste corretamente! ?
Vide adicionalmente a postagem Força INERCIAL centrífuga.
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“Docendo discimus.” (Sêneca)
Professor, faço-lhe uma pergunta: um carro ao fazer uma curva está sob a ação duma força centrípeta, que lhe é dada pelo atrito dos pneus com o piso, assim sendo, será que não há aí um par ação reação? por conseguinte, força centrípeta e força centrífuga?
Continuando com o exemplo do carro: no mesmo vai um passageiro, o qual quando o carro faz a curva é pressionado contra a lateral, será que também aqui não temos um par ação reação? como tal, força centrípeta e força centrífuga?
O automóvel que faz a curva tem uma aceleração radial, apontando para o centro da curva (aceleração centrípeta). Portanto a resultante das forças radiais no automóvel aponta para o centro da trajetória descrita pelo automóvel no sistema da referência da pista (considerado como um sistema de referência inercial). A força de atrito que a pista de rolamento exerce nos pneus, sendo ela a única força radial exercida no automóvel (em uma estrada sem elevação lateral portanto), é a própria resultante das forças. Esta força de atrito tem seu par de ação e reação na pista de rolamento: força de atrito exercida pelos pneus na pista. Entretanto não tem sentido denominar esta força de centrífuga pois não está aplicada no automóvel mas na pista.
No caso do passageiro encostado à parede lateral do automóvel, apoiado sobre um banco com atrito desprezível, no sistema de referência da pista somente existe então uma força sobre ele na direção radial ou centrípeta: a força que a parede do automóvel faz no passageiro. Esta força então é a resultante radial das forças no passageiro, isto é, a força centrípeta. E não há qualquer outra força radial sendo exercida no passageiros.
No caso do passageiro encostado à parede lateral do automóvel, no sistema de referência acelerado ou não inercial do automóvel, o passageiro está em REPOUSO apesar de a parede lateral lhe exercer uma força de contato. Para ele estar em repouso neste sistema de referência não inercial, deve-se atribuir uma outra força no passageiro, em sentido contrário à força que a parede faz sobre ele e esta força é denominada de força INERCIAL centrífuga ou força fictícia centrífuga (ou ainda pseudoforça centrífuga) pois não obedece a Terceira Lei de Newton, ou seja, não possui par de ação e reação.
Olá professor, estava lendo em algum lugar que a terceira Lei de Newton existe por causa do princípio de conservação de momento, de que maneira a não existência dessa lei contraria esse princípio, como seria a dinâmica do mundo se essa lei nao existisse? Grato pela atenção!
Na Mecânica de Newton a Terceira Lei antecede a Conservação do Momento Linear. Ou seja, dada a Terceira Lei a Conservação do Momento Linear é um teorema e não um princípio. Vide mais em Dúvidas sobre Princípio e Lei.
Excelente explanação. Elucidou bagarai.