Melhor resposta
É melhor responder à sua pergunta com um exemplo fácil de entender. Vamos ver o que acontece quando eu balanço uma bola amarrada acima da cabeça em um círculo.
Precisamos ignorar a gravidade por enquanto. A única força que atua na bola é a força de tensão da corda. Essa força é sempre dirigida radialmente para dentro ao longo da corda, em direção à minha mão. Em outras palavras, a força que atua em um objeto amarrado viajando em um caminho circular é sempre direcionada para o centro desse círculo. Além disso, a velocidade da bola é constante em magnitude (velocidade) e está sempre tangente ao círculo.
Suponha que eu balance mais rápido e aumente lentamente o número de rotações, a bola irá estar se movendo mais rápido, e isso é a aceleração angular.
Quando há aceleração, há força. Para um objeto experimentar aceleração centrípeta, uma força centrípeta deve ser aplicada a ela. O vetor para esta força é semelhante ao vetor de aceleração: é de magnitude constante e sempre aponta radialmente para dentro para o centro do círculo, perpendicular ao vetor velocidade. A tensão na corda é o que fornece a força centrípeta em nosso exemplo.
A aceleração centrípeta corresponde a uma mudança na direção da velocidade ao invés da mudança na magnitude da velocidade (velocidade). Suponha que eu esteja girando a bola presa a uma rotação constante por segundo, não há aceleração angular nem aceleração tangencial. Mas há uma aceleração centrípeta . A bola amarrada está seguindo um caminho circular. Seu vetor de velocidade está mudando. A direção que ele aponta muda a cada instante enquanto eu giro e a aceleração é apontada para dentro em direção às minhas mãos.
Em seguida, enquanto estou girando a bola amarrada acima da cabeça em um círculo, suponha que eu a deixe ir , não há mais uma força centrípeta atuando na bola. Isso está de acordo com a Primeira Lei do Movimento: quando nenhuma força resultante estiver atuando em um objeto, ele se moverá com uma velocidade constante. Então, quando eu soltar o barbante, a bola vai viajar em linha reta, tangente ao círculo com a velocidade que tinha quando a soltei. Ele terá uma aceleração tangencial ao longo de seu caminho circular igual a o raio multiplicado pela aceleração angular.
Como a aceleração centrípeta é direcionada ao longo do raio, ela também é conhecida como aceleração radial.
Resposta
A2A: Qual é a diferença entre aceleração tangencial, angular e centrípeta e quando um corpo em movimento circular as possuirá?
Suponha que você tenha um rotor que está girando. A taxa de rotação pode ser expressa em muitas unidades diferentes: RPM, graus por segundo, radianos / min, revoluções por dia. Se essa taxa de rotação muda com o tempo, então há uma aceleração angular. Essa aceleração angular também pode ser expressa com muitas unidades diferentes. Pode ser graus por segundo por hora, o que significa que a cada hora, a velocidade angular aumentaria tantos graus por segundo. A velocidade do motor de um carro pode estar aumentando a 500 RPM por segundo. Para problemas de dinâmica, geralmente usamos rad / s por segundo. Então isso é rad / s ^ 2. Nesse caso, todos os pontos do rotor estão experimentando a mesma aceleração angular.
Agora, se olharmos para um ponto no rotor a alguma distância r do eixo, então ele terá uma aceleração tangencial ao longo de sua circular caminho igual a r vezes a aceleração angular do corpo. Freqüentemente usamos o símbolo grego, alfa, para aceleração angular. Suponha que alfa = 4 rad / s ^ 2 er = 0,5 m. Então esse ponto terá uma aceleração tangencial de 2 m / s ^ 2. Essa é a mesma unidade de aceleração que usamos para a gravidade (9,81 m / s ^ 2). Esses 2 m / s ^ 2 podem ser interpretados como a mudança de velocidade de 2 m / s a cada segundo. Todos os pontos do rotor, exceto pontos exatamente no eixo de rotação, terão uma aceleração tangencial sempre que o rotor como um todo tiver uma aceleração angular.
A aceleração centrípeta é uma aceleração que corresponde à mudança da direção da velocidade, em vez do que mudar a velocidade (a magnitude da velocidade). Considere o mesmo ponto no rotor em r = 0,5 m. Suponha que o rotor esteja girando a 3 rad / s constantes. Não há aceleração angular e nenhuma aceleração tangencial. Mas há uma aceleração centrípeta. O ponto está seguindo um caminho circular. Seu vetor de velocidade está mudando. A direção que ele aponta muda a cada instante, conforme ele gira em torno do círculo. Podemos expressar essa mudança no vetor velocidade em m / s por segundo.Isso é uma aceleração, e escrevemos essas unidades como m / s ^ 2, assim como a aceleração ao longo do caminho, exceto que, desta vez, a aceleração, que também é um vetor, é apontada para dentro em direção ao centro do círculo. Todos os pontos do rotor, exceto o eixo, terão aceleração centrípeta sempre que o rotor estiver girando.