Saiba tudo sobre força centrípeta e centrífuga

Você sabia que movimento circular é o tópico de cinemática mais cobrado na prova do Enem? O Aprova Total preparou um texto completo para te ajudar nos estudos. Chamamos de força centrípeta toda força responsável por provocar e manter a trajetória circular de um movimento. Já que toda força resultante não nula causa uma aceleração, não poderia ser diferente com a força centrípeta: ela causa uma aceleração conhecida como aceleração centrípeta.

Por existir uma aceleração, a velocidade de um corpo em movimento circular está variando. Mas... E quanto aos movimentos circulares que são uniformes? A velocidade não permanece constante nesse tipo de movimento já que sempre haverá uma aceleração?

Bom, mais ou menos! A velocidade varia em um movimento circular uniforme. E varia o tempo todo! Você vai compreender o que é, de fato, essa tal força centrípeta e de que maneira ela varia a velocidade de um corpo. Em seguida, você irá aprender também o que é a famigerada força centrífuga.

Força centrípeta e centrífuga

Preparado(a)? Então coloca um sangue nesse olho e se segure firme para não sair pela tangente!

Força centrípeta e aceleração centrípeta

Sabemos, de acordo com as Leis de Newton, que relacionamos o módulo da força resultante sobre um corpo com a aceleração que o mesmo adquire através da seguinte equação:

Em que m é a massa do corpo em kg.

Sabemos também, da cinemática de um movimento circular, que calculamos o módulo da aceleração centrípeta da seguinte forma:

Sendo v o módulo da velocidade do corpo, em m/s, e R o valor do raio da trajetória, em metros.

Em um movimento circular uniforme, a força resultante corresponde à força centrípeta. Logo, a aceleração é a aceleração centrípeta. Dessa forma, substituindo a equação acima na primeira equação, obtemos a fórmula da força centrípeta:

É importante reforçar que essa velocidade é uma velocidade tangencial, ou velocidade linear, aquela associada a uma variação de espaço (e não de ângulo).

Força centrípeta provoca variação da velocidade

Primeiramente, vamos nos lembrar que a velocidade é uma grandeza vetorial. Dessa forma, ela possui módulo, direção e sentido. Quando estudamos movimentos unidimensionais, isto é, que ocorrem em uma única direção, havendo uma aceleração, há uma força tangencial.

Forças tangenciais têm a mesma direção da velocidade de um corpo (podendo ter sentido contrário). Elas alteram o módulo dessa velocidade, fazendo com que o corpo fique mais lento ou mais veloz. No entanto, essas forças não alteram a direção da velocidade.

Como a velocidade possui também direção e sentido, podemos variar o vetor velocidade se variarmos sua direção e/ou seu sentido. Dessa forma, não é necessário alterar o seu módulo para isso. E é uma força centrípeta que altera a direção e/ou o sentido do vetor velocidade.

A força centrípeta tem esse nome porque aponta para o centro da trajetória circular. Como a velocidade do corpo é tangente à trajetória, a força centrípeta é sempre perpendicular à velocidade.

Perceba que, como o movimento é circular, a velocidade está variando o tempo inteiro!

A imagem acima mostra um objeto descrevendo um movimento circular em três instantes: A, B e C. Em todos esses instantes, podemos ver os vetores velocidade e força centrípeta. Já que os vetores velocidade têm o mesmo tamanho, podemos concluir que se trata de um movimento circular uniforme (aquele movimento circular em que a velocidade angular é constante).

O que exatamente é essa tal força centrípeta?

Em síntese, a força centrípeta é uma componente de força que é direcionada ao centro de uma trajetória circular, seja qual for a origem dessa força.

Não existe uma única manifestação da força centrípeta. Ela pode aparecer de diferentes formas: pode corresponder à força gravitacional entre dois corpos (se pudermos considerar a órbita circular), pode ser a força de atrito que segura um automóvel realizando uma curva, a força de tensão que segura um objeto girando sobre uma mesa... Assim como também pode ser a resultante de outras forças presentes! Há muitas manifestações de força centrípeta que costumam dar as caras nos vestibulares.

Em muitos dos casos, você precisará realizar somas vetoriais para obter a força centrípeta.

E onde a força centrífuga se encaixa nessa história?

Você já deve ter ouvido falar em força centrífuga. Usamos, por exemplo, centrífugas de roupas ou o modo "centrifugar" de máquinas de lavar para auxiliar a secagem de nossas roupas. Mas o que é essa tal "força centrífuga"?

Para entender o que é isso, vamos primeiro entender o que é um referencial inercial: é algum referencial que se encontre em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. Em outras palavras, é um referencial não-acelerado.

Um ônibus se movendo em movimento retilíneo e uniforme por uma estrada é um referencial inercial. Se, no entanto, o motorista frear, o ônibus estará sofrendo uma aceleração (que, no caso, se trata de uma frenagem). A partir daí, ele se tornará um referencial não-inercial.

Se você já esteve num ônibus e o motorista freou bruscamente, você deve ter sentido a importância de usar cinto de segurança: provavelmente você foi para a frente com tudo! Do seu ponto de vista, é como se alguma coisa tivesse, subitamente, te empurrado para a frente. Do ponto de vista de um observador externo, fora do ônibus, não foi a ação de uma força que fez com que você fosse para a frente: foi a inércia. Você estava em movimento e, com a frenagem do ônibus, por inércia, continuou em seu estado de movimento.

Assim, essa "força" que sentimos durante uma frenagem é uma força que só é experimentada quando nos encontramos em referenciais não-inerciais. Tais forças são conhecidas como forças fictícias, ou pseudoforças. A força centrífuga é um exemplo de pseudoforça. Elas surgem somente quando se está em um referencial em movimento circular.

Por exemplo: quando estamos dentro de um carro e o carro faz uma curva, nos sentimos "jogados" pra fora do carro (novamente, a importância de usar cinto de segurança). Para nós, é como se estivéssemos experimentando um tipo de força que nos jogasse para fora. Para um observador externo, é apenas um efeito da inércia.

Qual é, afinal, a diferença entre força centrípeta e força centrífuga?

Ambas possuem várias diferenças entre si. Força centrípeta se refere a uma força presente em movimentos circulares, responsável por alterar a direção e/ou o sentido da velocidade linear.

Força centrífuga é uma pseudoforça que ocorre em um referencial não-inercial que se encontra em rotação e é um efeito decorrente da inércia.

Do ponto de vista de um referencial inercial, não existe força centrífuga! A física é incrível mesmo, não é?!

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