A força centrífuga é onipresente em nossas vidas diárias, mas é o que pensamos que é?
Experimentamos quando dobramos a esquina de um carro ou quando um avião se curva. Vemo-lo no ciclo de centrifugação de uma máquina de lavar roupa ou quando as crianças andam de carrossel. Um dia pode até fornecer gravidade artificial para naves espaciais e estações espaciais.
Mas a força centrífuga é freqüentemente confundida com sua contrapartida, a força centrípeta, porque elas estão intimamente relacionadas - essencialmente dois lados da mesma moeda.
A força centrípeta é definida como "a força necessária para manter um objeto em movimento em um caminho curvo e que é direcionada para dentro em direção ao centro de rotação", enquanto a força centrífuga é definida como "a força aparente que é sentida por um objeto em movimento em um caminho curvo que age externamente longe do centro de rotação ", de acordo com o Merriam Webster Dictionary.
Observe que, embora a força centrípeta seja uma força real, a força centrífuga é definida como uma força aparente. Em outras palavras, ao girar uma massa em uma corda, a corda exerce uma força centrípeta interna na massa, enquanto a massa parece exercer uma força centrífuga externa na corda.
"A diferença entre força centrípeta e centrífuga tem a ver com diferentes 'quadros de referência', ou seja, diferentes pontos de vista dos quais você mede algo", disse Andrew A. Ganse, físico de pesquisa da Universidade de Washington. "A força centrípeta e a força centrífuga são realmente a mesma força, apenas em direções opostas, porque são experimentadas a partir de diferentes quadros de referência."
Se você estiver observando um sistema rotativo do lado de fora, verá uma força centrípeta interna agindo para restringir o corpo rotativo a um caminho circular. No entanto, se você faz parte do sistema rotativo, experimenta uma aparente força centrífuga que o afasta do centro do círculo, embora o que realmente esteja sentindo seja a força centrípeta interna que impede que você literalmente saia tangente .
As forças obedecem às Leis do Movimento de Newton
Essa aparente força externa é descrita pelas Leis do Movimento de Newton. A Primeira Lei de Newton afirma que "um corpo em repouso permanecerá em repouso, e um corpo em movimento permanecerá em movimento, a menos que seja acionado por uma força externa".
Se um corpo maciço estiver se movendo pelo espaço em uma linha reta, sua inércia fará com que continue em linha reta, a menos que uma força externa faça com que acelere, diminua a velocidade ou mude de direção. Para que ele siga um caminho circular sem alterar a velocidade, uma força centrípeta contínua deve ser aplicada em ângulo reto em relação ao seu caminho. O raio (r) desse círculo é igual à massa (m) vezes o quadrado da velocidade (v) dividido pela força centrípeta (F), ou r = mv ^ 2 / F. A força pode ser calculada simplesmente reorganizando a equação, F = mv ^ 2 / r.
A Terceira Lei de Newton declara que "para toda ação há uma reação igual e oposta". Assim como a gravidade faz com que você exerça uma força no chão, o chão parece exercer uma força igual e oposta em seus pés. Quando você está em um carro em aceleração, o assento exerce uma força de avanço sobre você, assim como você parece exercer uma força de retorno no assento.
No caso de um sistema rotativo, a força centrípeta puxa a massa para dentro para seguir um caminho curvo, enquanto a massa parece empurrar para fora devido à sua inércia. Em cada um desses casos, porém, existe apenas uma força real sendo aplicada, enquanto a outra é apenas uma força aparente.
Exemplos de força centrípeta em ação
Existem muitas aplicações que exploram a força centrípeta. Uma é simular a aceleração de um lançamento espacial para o treinamento de astronautas. Quando um foguete é lançado, ele é tão carregado de combustível e oxidante que mal consegue se mover. No entanto, à medida que sobe, ele queima combustível a uma velocidade tremenda, perdendo continuamente massa. A Segunda Lei de Newton afirma que a força é igual a massa vezes a aceleração, ou F = ma.
Na maioria das situações, a massa permanece constante. Com um foguete, porém, sua massa muda drasticamente, enquanto a força, neste caso, o impulso dos motores de foguetes, permanece quase constante. Isso faz com que a aceleração no final da fase de aumento aumente várias vezes a da gravidade normal. A NASA usa grandes centrífugas para preparar os astronautas para essa aceleração extrema. Nesta aplicação, a força centrípeta é fornecida pelo encosto do banco empurrando para dentro o astronauta.
Outro exemplo da aplicação da força centrípeta é a centrífuga de laboratório, usada para acelerar a precipitação de partículas em suspensão no líquido. Um uso comum dessa tecnologia é para preparar amostras de sangue para análise. Segundo o site Experimental Biosciences da Rice University, "a estrutura exclusiva do sangue facilita a separação dos glóbulos vermelhos do plasma e dos outros elementos formados por centrifugação diferencial".
Sob a força normal da gravidade, o movimento térmico causa uma mistura contínua que impede as células sanguíneas de se depositarem em uma amostra de sangue total. No entanto, uma centrífuga típica pode atingir acelerações de 600 a 2.000 vezes a da gravidade normal. Isso força os glóbulos vermelhos pesados a se depositarem no fundo e estratifica os vários componentes da solução em camadas, de acordo com sua densidade.
Este artigo foi atualizado em 10 de maio de 2019 pela Live Science Contributor, Jennifer Leman.
