Como identificar a força centrípeta em carros e satélites

RKA3JV - Olá, tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula, vamos observar alguns casos e identificar a força centrípeta atuando sobre os corpos. Para o primeiro caso, vamos considerar que estamos em um carro e estamos fazendo uma curva com uma velocidade constante em uma estrada que é plana. Como a pista é plana, ela não é inclinada, nem nada parecido. Sabendo disso, o que está impedindo o carro de desviar e sair pela tangente em linha reta? Isto é um pouco menos intuitivo, porque não temos uma corda aqui que prenda o carro ao centro da curva da nossa estrada. Então, o que está o impedindo de seguir em linha reta e sair pela tangente? Pause o vídeo e pense nisso. Bem, nesta situação, nós podemos pensar sobre outras forças que estão em jogo, mas eu vou assumir que estamos no vácuo. Embora você também possa pensar na resistência do ar. Inclusive, isto é atrito. Também temos outras forças em jogo. É claro que você tem a força da gravidade puxando o carro para baixo. A força da gravidade. E isso está sendo sendo anulado pela força normal. A força normal que a estrada exerce sobre o carro. Mas o que está fazendo o carro girar? Vamos fazer o seguinte aqui, vamos considerar a resistência do ar para ficar um pouco mais divertido, ok? Então, temos a resistência do ar, a força do ar sobre o carro, que vai empurrar o carro na direção oposta à velocidade dele. Então, temos a força do ar, este seria o seu módulo. Mas essa força está sendo anulada por uma componente da força de atrito. Inclusive, isto vai nos dar uma pista do que é a força centrípeta. Mas, enfim, temos aqui a força de atrito na direção em que o carro está se movimentando. Pense nisso, se não tivesse o atrito aqui, se isso fosse gelo, se as rodas não tivessem tração, não importa o quão forte o motor fosse, e não importa o quão rápido as rodas girassem, ele não seria capaz de superar a resistência do ar. Logo, o carro sofreria uma desaceleração. Mas estas são todas as forças que não estão agindo em uma direção radial, que não estão mantendo o carro na estrada, por assim dizer, ou mantendo-o no movimento circular em torno da curva. Aqui na direção radial temos mais uma vez a força de atrito, mas este é outro atrito. Na verdade, podemos dizer que é outra componente da força de atrito. E isto está acontecendo onde os pneus, onde, literalmente, a borracha está em contato direto com a estrada. Vamos chamar esta força de atrito radial, ok? Eu vou colocar isso aqui entre parênteses. Força de atrito radial. Isto está nos mantendo em uma direção circular. Então, nesta situação, esta é a nossa força centrípeta. Vamos fazer outro exemplo e continuar com o tema dos carros ainda? Digamos que temos um cenário em que estamos em um looping, o que é sempre divertido e meio assustador também. De vez em quando, eu sonho que estou dirigindo em um looping e, por algum motivo, eu tenho medo disso. Sabendo disso, vamos pensar sobre o carro em diferentes pontos do looping e pensar sobre qual é a força centrípeta em diferentes pontos. Vamos pensar primeiro sobre este ponto aqui. E, mais uma vez, presumimos que estamos em um planeta, então temos a força da gravidade bem aqui. Força da gravidade. E aqui também temos a força normal. Eu vou desenhar a força normal um pouco maior, porque para ele se movimentar e ficar nesse looping, a força normal tem que ser maior. Porque é necessário ter uma força resultante para dentro, portanto, este "F" é a nossa força normal. Nesta situação, o módulo da força centrípeta vai ser a força radial resultante voltada para dentro. Portanto, isto vai ser igual ao módulo da força normal menos o módulo da força da gravidade. Se a gente não tivesse esta força resultante aqui, este carro não seria capaz de se mover em um círculo. Se a força resultante fosse zero, ele se movimentaria em linha reta desta maneira. E se isso fosse negativo, ele iria acelerar para baixo. Antes de ir para o próximo ponto, podemos pensar aqui em coisas como resistência do ar e atrito, onde a resistência do ar está empurrando o carro e o atrito está anulando isso. Mas vamos nos concentrar apenas nas coisas que estão na direção radial, seja para dentro ou para fora. Aqui vamos observar este outro ponto. Bem, ainda temos a força da gravidade. Eu vou desenhar este vetor aqui um pouco maior do que antes, porque além da força da gravidade, também teremos a resistência do ar. Eu estou fazendo isto aqui para ficar bem completo. Então, temos aqui a força de resistência do ar, e esta força será anulada pela força de atrito. A tração que o carro tem com a estrada. Temos aqui a combinação da força da gravidade com a resistência do ar, a força do ar empurrando o carro para trás. E isto está sendo anulado pela força de atrito. A força de atrito entre o pneu e a estrada. Mas nenhuma destas forças aqui está agindo de forma centrípeta, agindo radialmente para dentro. Então, qual vai ser esta força? Bem, aqui temos a força normal da pista. A pista é o que mantém o carro nesta direção circular. Esta força orientada para o centro do looping é a força normal. "F" normal. Portanto, nesta situação, a nossa força centrípeta, o módulo de nossa força centrípeta é igual ao módulo de nossa força normal. E, na verdade, temos exatamente o mesmo vetor representando estas duas forças. Agora, vamos considerar o último cenário, quando estamos no topo do looping. Pause o vídeo e veja se você consegue descobrir quais forças estão atuando sobre o looping e qual está funcionando como força centrípeta. Bem, mais uma vez, podemos colocar aqui a resistência do ar que está tentando nos desacelerar, normalmente, contra a velocidade do carro. E isso está sendo anulado pela força de atrito entre os pneus e a estrada. Mas vamos pensar sobre o que está acontecendo na direção vertical, que, neste caso, é a direção radial. Então, aqui, empurrando para baixo desta maneira, teremos várias forças, e eu quero que isso realmente esteja no topo do looping. Embora não pareça exatamente assim. Mas vamos supor que seja, ok? Estamos aqui no topo do looping. Empurrando o carro para baixo, temos a força da gravidade. Mas o que mais teremos aqui? Supondo que você esteja indo rápido o suficiente, a pista também está empurrando o carro para baixo. Ou seja, teremos aqui a força da gravidade mais a força normal. O módulo deste vetor é a soma dos módulos da força gravitacional e da força normal. E é isso que está funcionando como força centrípeta. Então, neste cenário, podemos dizer que a nossa força centrípeta é igual, em módulo, à soma dos módulos de nossa força gravitacional e de nossa força normal. Ou podemos até pensar nisso como vetores. Poderíamos dizer: "olha, se somarmos estes vetores, estes dois vetores, teremos o vetor de força centrípeta. E é isso que mantém o carro em movimento circular." Agora vamos fazer mais um exemplo aqui, apenas por diversão. Vamos imaginar que temos um objeto em órbita. Considere que este é o nosso planeta ou qualquer planeta, na verdade. E você tem um objeto em órbita, algum tipo de satélite. Eu vou desenhar o que normalmente associamos como um satélite, mas isto poderia ser até um satélite natural, uma lua para o planeta. E o que eu estou prestes a dizer se aplica à lua também. Aqui não temos ar, temos uma resistência mínima do ar, na verdade. Pode haver algumas moléculas de vez em quando, mas na maior parte isto aqui está no vácuo e está em órbita, então, ele está em um movimento circular uniforme. Está se movendo em uma órbita circular ao redor do planeta. O que o impede de se movimentar em linha reta? Pause o vídeo e pense sobre isso. Bem, aqui temos a força da gravidade, temos a força da gravidade do planeta. Eu sei que você talvez possa dizer agora: "Espera, espera, tem gravidade? Eu vejo várias fotos de astronautas flutuando quando estão em órbita." Bem, isso só ocorre porque eles estão em queda livre, mas a gravidade naquele ponto, se você estiver a algumas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra, não é tão diferente da gravidade na superfície da Terra. A única coisa que não temos lá é o ar. Se o satélite está em órbita, ele está em queda livre constantemente. De modo que parece, para você, que não há gravidade, mas é a gravidade que o mantém na trajetória orbital, na trajetória circular, e impede que o satélite siga em linha reta e saia pela tangente para o espaço. Enfim, conseguiu compreender estas ideias? Eu espero que sim. E, mais uma vez, eu quero deixar aqui para você um grande abraço, e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!