Força centrífuga reativa - Reactive centrifugal force

Parte de uma série sobre
Mecânica clássica
${\ displaystyle {\ textbf {F}} = {\ frac {d} {dt}} (m {\ textbf {v}})}$ Segunda lei do movimento
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Na mecânica clássica , uma força centrífuga reativa forma parte de um par ação-reação com uma força centrípeta .

De acordo com a primeira lei do movimento de Newton , um objeto se move em linha reta na ausência de uma força resultante atuando sobre o objeto. Um caminho curvo pode ocorrer quando tal força age sobre ele; essa força é freqüentemente chamada de força centrípeta , pois é direcionada para o centro da curvatura do caminho. Então, de acordo com a terceira lei do movimento de Newton , haverá também uma força igual e oposta exercida pelo objeto em algum outro objeto, como uma restrição que força o caminho a ser curvo, e essa força de reação, o assunto deste artigo , às vezes é chamada de força centrífuga reativa , pois é direcionada na direção oposta da força centrípeta.

Ao contrário da força inercial ou força fictícia conhecida como força centrífuga , que sempre existe além da força reativa no referencial rotativo, a força reativa é uma força newtoniana real que é observada em qualquer referencial. As duas forças só terão a mesma magnitude nos casos especiais onde surge o movimento circular e onde o eixo de rotação é a origem do referencial rotativo. É a força reativa o assunto deste artigo.

Forças emparelhadas

Uma bola em movimento circular, presa por um barbante amarrado a um poste fixo.

A figura à direita mostra uma bola em movimento circular uniforme mantida em seu caminho por um barbante amarrado a um poste imóvel. Nesse sistema, uma força centrípeta sobre a bola fornecida pela corda mantém o movimento circular, e a reação a ele, que alguns chamam de força centrífuga reativa , atua sobre a corda e o poste.

A primeira lei de Newton exige que qualquer corpo que não se mova em linha reta esteja sujeito a uma força, e o diagrama do corpo livre mostra a força sobre a bola (painel central) exercida pela corda para mantê-la em seu movimento circular.

A terceira lei de ação e reação de Newton afirma que se a corda exercer uma força centrípeta para dentro sobre a bola, a bola exercerá uma reação igual, mas externa sobre a corda, mostrada no diagrama de corpo livre da corda (painel inferior) como o reativo força centrífuga .

A corda transmite a força centrífuga reativa da bola para o poste fixo, puxando o poste. Novamente de acordo com a terceira lei de Newton, o poste exerce uma reação sobre a corda, rotulada como reação post , puxando a corda. As duas forças sobre a corda são iguais e opostas, não exercendo nenhuma força resultante sobre a corda (assumindo que a corda não tem massa), mas colocando a corda sob tensão.

A razão pela qual o poste parece ser "imóvel" é porque ele está fixo na terra. Se a bola giratória fosse amarrada ao mastro de um barco, por exemplo, o mastro e a bola do barco experimentariam rotação em torno de um ponto central.

Formulários

Embora a centrífuga reativa seja raramente usada em análises na literatura de física, o conceito é aplicado dentro de alguns conceitos de engenharia mecânica. Um exemplo desse tipo de conceito de engenharia é uma análise das tensões dentro de uma lâmina de turbina em rotação rápida. A lâmina pode ser tratada como uma pilha de camadas que vai do eixo até a borda da lâmina. Cada camada exerce uma força externa (centrífuga) na camada imediatamente adjacente radialmente interna e uma força interna (centrípeta) na camada imediatamente adjacente radialmente externa. Ao mesmo tempo, a camada interna exerce uma força centrípeta elástica na camada intermediária, enquanto a camada externa exerce uma força centrífuga elástica, que resulta em uma tensão interna. São as tensões na lâmina e suas causas que interessam principalmente aos engenheiros mecânicos nessa situação.

Uma embreagem centrífuga de duas sapatas . O motor gira o eixo de entrada que faz as sapatas girarem, e o tambor externo (removido) gira o eixo de potência de saída.

Outro exemplo de um dispositivo rotativo no qual uma força centrífuga reativa pode ser identificada, usado para descrever o comportamento do sistema, é a embreagem centrífuga . Uma embreagem centrífuga é usada em pequenos dispositivos movidos a motor, como motosserras, karts e modelos de helicópteros. Ele permite que o motor dê a partida e fique em marcha lenta sem acionar o dispositivo, mas engata a direção de forma automática e suave conforme a velocidade do motor aumenta. Uma mola é usada para restringir as sapatas giratórias da embreagem. Em velocidades baixas, a mola fornece a força centrípeta para as sapatas, que se movem para um raio maior à medida que a velocidade aumenta e a mola se estica sob tensão. Em velocidades mais altas, quando as sapatas não podem se mover mais para fora para aumentar a tensão da mola, devido ao tambor externo, o tambor fornece parte da força centrípeta que mantém as sapatas se movendo em um caminho circular. A força de tensão aplicada à mola e a força externa aplicada ao tambor pelas sapatas giratórias são as forças centrífugas reativas correspondentes. A força mútua entre o tambor e as sapatas fornece o atrito necessário para engatar o eixo de acionamento de saída que está conectado ao tambor. Assim, a embreagem centrífuga ilustra tanto a força centrífuga fictícia quanto a força centrífuga reativa.

Diferença da pseudoforce centrífuga

A "força centrífuga reativa" discutida neste artigo não é a mesma coisa que a pseudoforça centrífuga , que geralmente é o significado do termo "força centrífuga".

A força centrífuga reativa, sendo a metade do par de reação junto com a força centrípeta, é um conceito que se aplica a qualquer referencial. Isso a distingue da força centrífuga inercial ou fictícia, que aparece apenas em quadros rotativos.

Estojo gravitacional de dois corpos

Em uma rotação de dois corpos, como um planeta e uma lua girando em torno de seu centro de massa comum ou baricentro , as forças em ambos os corpos são centrípetas. Nesse caso, a reação à força centrípeta do planeta na lua é a força centrípeta da lua no planeta.

Referências