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Força centrífuga

A força centrífuga é o nome dado a uma força imaginária que tem sentido oposto ao centro da circunferência formada no movimento circular.

Pessoa operando uma centrífuga utilizada para realização de exames médicos em um ambiente laboratorial.
Centrífuga utilizada para realização de exames médicos.
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A força centrífuga é uma força imaginária que atua em um corpo no sentido oposto à força centrípeta. Considerando-a uma força real, seu conceito é utilizado quando o objetivo é separar alguma mistura rotacionando-a.

Enquanto a força centrípeta possui o sentido para o centro do movimento circular, a força centrífuga tem sentido para fora do círculo descrito no movimento, porém a verdade é que isso ocorre pela ação da primeira lei de Newton. Como, em teoria, as forças centrífuga e centrípeta são iguais, mas com sentidos opostos, são também calculadas da mesma forma.

Leia também: Força normal — a força que uma superfície exerce sobre um objeto

Tópicos deste artigo

Resumo sobre força centrífuga

  • A força centrífuga é fictícia e seu resultado é desvincular um corpo do movimento circular que ele está executando.

  • São um exemplo dela as centrífugas utilizadas em exames laboratoriais.

  • A força centrífuga pode ser calculada pela seguinte fórmula:

\(F_{centrífuga}=\frac{m\cdot v²}R \)

  • Em termos da velocidade angular ω, a fórmula é a seguinte:

\(F_{centrífuga}=m\cdotω^2\cdot R\)

  • A força centrípeta difere da força centrífuga no sentido, sendo que a centrípeta exerce sentido para o centro do círculo que o movimento executa e a centrífuga tem seu sentido na direção oposta.

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O que é força centrífuga?

A centrífuga é uma força imaginária que tem a capacidade de distanciar um corpo que está descrevendo uma trajetória circular do centro do círculo descrito por ele, logo, a centrífuga implica “fuga do centro”. Por se tratar de uma força, sua unidade de medida é o newton N.

A força centrífuga é “fictícia” por três motivos, que inclusive fazem com que ela seja considerada também uma força inercial, que são os seguintes:

  • Primeiro motivo: ela só ocorre quando o movimento circular está ocorrendo, ou seja, se o corpo estiver em repouso, ela não age, e, como a velocidade do corpo está variando constantemente, o corpo não entra em equilíbrio.

  • Segundo motivo: caso houvesse uma força com o sentido oposto ao centro da circunferência e outra no sentido do centro (centrípeta), ambas se anulariam e o movimento deixaria de ser circular, tornando-se retilíneo.

  • Terceiro motivo: o corpo não é expulso da trajetória circular, o que ocorre na realidade é a primeira lei de Newton (princípio da inércia). Por exemplo, quando dois corpos se movem simultaneamente no movimento circular, a velocidade que atua é a linear, a rotação é devido à aceleração centrípeta, sendo assim, se um corpo se desvincular do movimento, ele manterá o sentido dessa velocidade, logo, uma linha reta. Isso é visível quando se está dentro de um veículo em movimento e ele faz uma curva, fazendo com que os passageiros e motorista tenham a impressão de se inclinar para o lado oposto da curva, quando na verdade seus corpos tendem a continuar em linha reta.

Exemplos de força centrífuga

Funda composta por cordas e um suporte de couro para as pedras.
Funda composta por cordas e um suporte de couro para as pedras.

A força centrífuga, embora fictícia, tem seu conceito amplamente utilizado. Veja, a seguir, alguns exemplos:

  • Aparelho laboratorial centrífuga: na medicina, geralmente é utilizado para separação dos componentes do sangue. Ele separa de misturas por meio do movimento circular com altas velocidades.

  • Função de centrifugação das máquinas de lavar roupa: nessa função a roupa descreve o movimento circular executado pelo cesto da máquina, que contêm vários furos e no qual a roupa é separada da água.

  • Arma de arremesso funda: consiste em girar uma pedra em um pedaço de corda, para fazer com que ela adquira velocidade e, com isso, atinja o alvo com mais força. Tal arma ficou famosa devido à história bíblica cristã de Davi e Golias, no entanto, ela é ainda amplamente utilizada, por exemplo, por algumas tribos indígenas.

Como calcular a força centrífuga?

A força centrífuga é calculada pela mesma fórmula da força centrípeta, que equivale ao produto da massa m (medida em quilogramas kg) do corpo que executa o movimento circular pela razão entre a velocidade linear v (medida em metros por segundos m/s) elevada ao quadrado e o raio R (medido em metros) da circunferência formada.

\(F_{centrífuga}=\frac{m\cdot v²}R \)

Em termos da velocidade angular (ω), a equação anterior pode ser reescrita da forma a seguir.

\(F_{centrífuga}=m\cdotω^2\cdot R\)

Exemplo:

Uma criança está rodando um brinquedo de 3 kg que está preso na extremidade de uma corda de 0,6 m de comprimento segurando a outra extremidade da corda. Quando ela solta o brinquedo, ele atinge uma velocidade de 8 m/s. Qual seria o valor da força centrífuga nesse sistema?

Resolução:

Extraindo os dados do problema:

R = 0,6 m

m = 3 kg

v = 8 m/s

Fcentrífuga = ?

\(F_{centrífuga}=m\cdot \frac{v^2}R=3\cdot\frac{8^2}{0,6}=3\cdot\frac{64}{0,6}=\frac{192}{0,6}\)

\(F_{centrífuga}=320\ N\)

Diferenças entre força centrífuga e força centrípeta

A força centrífuga é uma força fictícia cujo sentido é oposto ao centro da circunferência formada pelo movimento. Por sua vez, a força centrípeta é uma força real e seu sentido é para o centro da circunferência.

Ao contrário do que é pensado, ambas não atuam no mesmo corpo, porque, caso o fizessem, seriam anuladas e o corpo descreveria um trajeto retilíneo. Essas duas forças não são um par de ação e reação, conforme muitas vezes se acredita, e isso está errado devido justamente ao fato de não atuarem sobre um mesmo corpo.

Saiba mais: Aplicações da força centrípeta em lombadas e depressões

Exercícios resolvidos sobre força centrífuga

Questão 1

Teodoro confeccionou uma funda que, dobrada com a corda, media 40 centímetros. A pedra tinha 0,2 kg, e, após rotacionar a funda, segurando na sua extremidade, Teodoro lançou a pedra com uma força de 72 N. Marque a alternativa que representa a velocidade com a qual a pedra foi lançada.

A) 9 m/s

B) 12 m/s

C) 20 m/s

D) 5 m/s

E) 10 m/s

Resolução:

Alternativa B

Extraindo os dados do problema:

Fcentrífuga = 72 N

R = 40 cm

m = 0,2 kg

v = ?

Incialmente é necessário converter o raio de centímetros para metros, dividindo o valor por 100.

\(R=\frac{40\ cm}{100}=0,4 m\)

\(F_{centrífuga}=\frac{m\cdot v²}R \)

\(72=0,2\cdot \frac{v^2}{0,4}\)

O 0,4 passará multiplicando o 72.

\(72\cdot0,4=0,2\cdot v^2\)

Invertendo ambos os lados da equação:

\(0,2\cdot v^2=72\cdot0,4\)

\(v^2=\frac{28,8}{0,2}=144\)

\(v^2=144\)

Como a variável está elevada ao quadrado, acrescenta-se raiz quadrada em ambos os lados da equação para eliminar o expoente.

\(\sqrt{v^2}=\sqrt{144}\)

\(v=12\ m/s\)

Questão 2

Para um teste de qualidade de um novo elástico, em um laboratório de física foi utilizado 0,9 m do elástico em questão. Em uma de suas extremidades, foi fixado um objeto de 2 kg, e a outra extremidade foi presa a uma máquina que rotacionou o elástico e parou de imediato quando o giro atingiu a velocidade angular igual a 6 rad/s, e, com isso, o elástico sofreu uma deformação de 0,4 m. O valor da constante elástica que constará nas especificações do elástico será:

A) 520 N/m

B) 811 N/m

C) 633 N/m

D) 162 N/m

E) 20 N/m

Resolução:

Alternativa D

Extraindo os dados do problema:

R = 0,9 m

m = 2 kg

ω = 6 rad/s

x = 0,4 m

K = ?

Para o que foi descrito no problema ser possível, a força elástica deverá ser igual à força centrífuga em termos de velocidade angular.

\(F_{elática}=F_{centrífuga}\)

Força elástica é igual ao produto entre deformação do elástico e a constante elástica K.

\(F_{elática}=K\cdot x\)

\(F_{elática}=F_{centrífuga}\)

\(K\cdot x=m\cdot ω^2\cdot R\)

\(K\cdot04=2\cdot6^2\cdot0,9\)

\(K\cdot04=2\cdot36\cdot0,9\)

\(K\cdot04=64,8\)

\(K=\frac{64,8}{0,4}=162\ N/m\)

 

Por Gustavo Campos
Professor de Física

Escritor do artigo
Escrito por: Gustavo Campos Escritor oficial Brasil Escola

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

CAMPOS, Gustavo. "Força centrífuga"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/forca-centrifuga.htm. Acesso em 18 de junho de 2024.

De estudante para estudante


Videoaulas


Lista de exercícios


Exercício 1

Seu João queria brincar de funda, então ele cortou uma corda de 200 mm e colocou na sua extremidade uma pedra de 4 kg. Sabendo que ele foi capaz de rotacionar essa pedra em uma velocidade de 0,3 m/s, com qual força ele conseguiu lançá-la?

A) 1,0 N

B) 1,2 N

C) 1,5 N

D) 1,8 N

E) 2,0 N 

Exercício 2

Após seus estudos a respeito da força centrífuga, qual alternativa abaixo corresponde ao valor do seu módulo?

A) \(F_{centrífuga}=\frac {R \cdot v^2}{m}\)

B) \(F_{centrífuga}=\frac {m \cdot R}{v^2}\)

C) \(F_{centrífuga}=m \cdot R \ v^2\)

D) \(F_{centrífuga}=\frac 1 {m \cdot R \cdot v^2}\)

E) \(F_{centrífuga}=\frac {m \cdot v^2}{R}\)