Forța centripetă
Orice se mișcă pe un cerc își schimbă constant direcția, iar acea schimbare cere o forță îndreptată spre centrul cercului. Fără această tragere spre interior, obiectul ar zbura drept în linie dreaptă în loc să se curbeze.
Formula
a = v² / r
- a — accelerația centripetă (m/s²): cât de repede se schimbă direcția obiectului spre centru
- v — viteza (m/s): cât de repede se mișcă obiectul de-a lungul traiectoriei circulare
- r — raza (m): distanța de la obiect până la centrul cercului
Exemplu rezolvat
Un obiect se mișcă pe un cerc de rază 2 metri cu viteza de 4 metri pe secundă. Care este accelerația lui centripetă?
- v = 4 m/s
- r = 2 m
- a = v² / r
- a = (4 m/s)² / 2 m
a = 8 m/s²
Testează-te
Același obiect circulă acum cu 8 metri pe secundă, tot la raza de 2 metri. Care este accelerația lui centripetă?
- 16 m/s²
- 8 m/s²
- Răspuns corect: 32 m/s²
Corect! Viteza este la pătrat, deci dublarea ei pătrupește accelerația: 8² ÷ 2 = 32 m/s².
Păstrează viteza la 4 metri pe secundă, dar dublează raza la 4 metri. Ce se întâmplă cu accelerația?
- Răspuns corect: 4 m/s²
- 16 m/s²
- 8 m/s²
Exact — a = v² / r: 4² ÷ 4 = 4 m/s². Dublarea razei taie accelerația la jumătate.
Unde vezi asta
O mașină care ia o curbă are nevoie de frecarea dintre cauciucuri și șosea care o trage spre centrul curbei, altfel alunecă în afară; o găleată cu apă rotită are nevoie de tensiunea firului care trage spre interior, altfel găleata zboară în linie dreaptă în clipa în care se eliberează. Ambele sunt aceeași forță îndreptată spre interior, doar furnizată de altceva.
Greșeli frecvente
Forța centripetă este adesea descrisă ca o forță reală, separată, care împinge spre exterior — nu există o „forță centrifugă” spre exterior care acționează asupra obiectului însuși; ce se întâmplă de fapt este că inerția proprie a obiectului încearcă să meargă drept în timp ce ceva (frecare, tensiune, gravitație) îl trage spre interior. E ușor și să crezi că o viteză circulară mai mare are nevoie de forță proporțional mai mare, dar a = v²/r înseamnă că dublarea vitezei cvadruplează forța necesară, nu o dublează.
Cum se leagă
Aceasta este din nou legea a doua a lui Newton, aplicată unui obiect a cărui accelerație este mereu îndreptată spre un centru, nu de-a lungul direcției sale de deplasare. Gravitația universală, următoarea, furnizează forța reală — gravitația — care menține planetele și sateliții mișcându-se pe orbite circulare sau aproape circulare, exact ceea ce descrie forța centripetă.