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Física - Ensino Médio
Curso: Física - Ensino Médio > Unidade 5
Lição 3: Força centrípetaComo identificar a força centrípeta em uma bola presa a um barbante
Como identificar as forças ou as componentes da força que agem como a força centrípeta em uma bola presa a um barbante que se move em um círculo horizontal.
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Transcrição de vídeo
RKA3JV - Olá,
tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma
aula de Ciências da Natureza. Nesta aula, vamos tentar olhar para
o máximo de cenários possíveis, onde um objeto está realizando
o movimento circular uniforme. Um objeto que está se movendo em
um círculo a uma velocidade constante. E o que queremos fazer é pensar
por que ele está permanecendo no círculo, que força centrípeta está
impedindo o objeto de apenas sair em linha
reta pela tangente. Neste primeiro cenário,
eu tenho aqui algum tipo de roda. Talvez uma bola
presa a uma corda, que está presa a um pino
no centro de massa. Esta roda está se movendo em
um círculo a uma velocidade constante. Sabendo disso,
pause este vídeo e pense sobre todas as forças
que estão agindo nesta roda, e quais dessas forças, ou talvez
alguma combinação destas forças, estão realmente agindo
como a força centrípeta, que é o que está mantendo
a roda no círculo. E aí, fez? Vamos trabalhar nisso
juntos aqui agora? Bem, tem algumas forças que
não estão afetando a roda para ela ficar no círculo,
mas elas estão lá. Por exemplo, definitivamente
teremos a força da gravidade. Afinal, estamos assumindo que estamos
lidando com esta roda em um planeta. Então, vamos colocar esta força,
que tem um módulo "Fg", e esta aqui é
a sua orientação. Então, esta é a
força da gravidade, e o motivo pelo qual esta roda
não está acelerando para baixo é que temos esta mesa. Logo, a mesa está exercendo uma
força normal sobre a roda. Inclusive, ela anula
a força gravitacional. O módulo da força normal
é igual ao módulo da força gravitacional. Estas duas forças possuem
módulos iguais, mas sentidos opostos. Neste caso específico, claro. Além disso, o que
mais temos aqui? Bem, como você pode imaginar,
se esta corda não estivesse aqui, a roda realmente sairia em
linha reta pela tangente e, eventualmente,
cairia da mesa. Logo, a corda está realizando
aqui alguma força para dentro, é isso que mantém a roda
girando em um círculo. Esta força para dentro
é uma força de tração que consideramos ser
uma força de tensão. Então, eu vou apenas desenhar assim,
e colocar o módulo sendo "Ft". Nesta situação, ela está realizando
essa força aqui para dentro, então isso é
a força centrípeta. Sendo assim, podemos dizer que
o módulo da força de tensão é igual à força centrípeta. Neste caso, eles são, na verdade,
exatamente o mesmo vetor. Então, eu posso
até escrever assim. Este é o vetor da força centrípeta,
que é a tensão na corda. E é isso que mantém a bola
andando em um círculo. Vamos fazer
outro exemplo aqui? Este é semelhante, mas tem mais
algumas coisas acontecendo. Este é um exemplo
clássico da Física. Eu tenho uma corda presa ao teto,
e tenho algum tipo de bola ou pêndulo, e ele está girando em um movimento
circular a uma velocidade constante. O centro do círculo está aqui. Mais uma vez,
pause o vídeo e pense em todas as forças que
estão atuando sobre a bola. Ah, não vamos considerar
a resistência do ar aqui. Vamos supor que este sistema
esteja em uma câmara de vácuo. Sabendo destas coisas, pense sobre quais
forças estão agindo como força centrípeta. Bem, assim como no último caso,
nós temos uma força de gravidade. Então, temos um vetor bem aqui
e o seu módulo é "Fg". Também temos a corda
segurando a bola. Logo, temos uma força sobre a bola
e o módulo dessa força é "Ft". Esta é a força de tensão. Mas o que está anulando a gravidade
e o que mantém a esfera em um círculo? Bem, nesta situação, podemos pensar
sobre as diferentes componentes da tensão. Porque isso está em um ângulo,
então a gente pode decompor este vetor na direção vertical
e na direção horizontal. Se a gente decompõe
na direção vertical, se pegamos a componente vertical
ou a componente "y" da força de tensão, temos algo assim. inclusive, podemos chamar
esta força de "Fty", que é a componente "y" de "Ft". Neste caso, este é o módulo e é isso
que está anulando a força da gravidade, porque a bola não está
acelerando para baixo. Agora, se a gente pensar na
componente "x" da tensão, que seria isto bem aqui, esta é a componente "x" da tensão, só para ficar claro de onde
eu estou tirando isso. Esta força tem um
módulo "Ft" na direção "x", e é isso que está agindo
como força centrípeta ou que é a força centrípeta. Então, nesta situação, a componente
de nossa tensão na direção "x" é a nossa força centrípeta, é o que mantém a bola
se movimentando neste círculo. Espero que você tenha
compreendido estas ideias aqui. E, mais uma vez, eu quero deixar
para você um grande abraço, e dizer que te
encontro na próxima. Então, até lá!