Calculadora de movimento circular e força centrípeta

Movimento circular uniforme

Quando um objeto percorre uma circunferência com módulo da velocidade constante, o movimento é chamado de circular uniforme. O módulo permanece igual, mas a direção muda continuamente. Essa mudança de direção produz uma aceleração, que sempre aponta para o centro da circunferência.

Grandezas básicas

• Período T: tempo de uma volta completa. Frequência f = 1 / T: voltas por segundo.
• Velocidade angular: ω = 2 × π / T (rad/s)
• Velocidade: v = 2 × π × r / T = ω × r
• Aceleração centrípeta: a = v² / r = ω² × r
• Força centrípeta: F = m × v² / r

O que é força centrípeta?

A força centrípeta não é um novo tipo de força. É o nome da força resultante que mantém o objeto na trajetória circular. Para uma pedra girando presa a um fio, é a tração. Para um carro em uma curva, é o atrito entre pneus e via. Para um satélite, é a gravidade. Se essa força desaparecer, o objeto segue em linha reta na direção tangente.

Exemplo

Um carro de 1000 kg faz uma curva de raio de 50 m a 20 m/s (72 km/h). A aceleração centrípeta é 20² / 50 = 8 m/s² e a força necessária é 1000 × 8 = 8000 N. O atrito dos pneus precisa fornecer essa força. Dobrar a velocidade torna a força necessária quatro vezes maior.

Limites

O cálculo vale enquanto o módulo da velocidade é constante. A ferramenta fornece apenas a força necessária: a capacidade da via de fornecer essa força depende do coeficiente de atrito, da superelevação e do limite de tombamento do veículo, e precisa ser verificada separadamente.

Perguntas frequentes

Como calcular a força centrípeta pela velocidade angular?

Por exemplo, uma massa de 5 kg girando a 3 rad/s com raio de 2 m requer 90 N de força centrípeta. Multiplique a massa, o raio e o quadrado da velocidade angular para obter a força resultante dirigida para o centro, que sozinha não comprova atrito suficiente nem segurança contra tombamento.

Calcular com estes valores