Forças fictícias num referencial não inercial

Este artigo foi postado originalmente pelo Euclides numa página extra.

O movimento a partir de um ponto de vista irracional

A mecânica de Newton é, muitas vezes, chamada de Mecânica Racional. Todas as situações que estudamos na mecânica clássica relacionam-se através de leis de causa e efeito. A força, como causa de movimento, deve, por sua vez ser efeito de alguma ação ou agente que lhe deu causa.

Todas essas coisas ficam muito bem estabelecidas e relacionadas em determinados sistemas de referenciais. Todo sistema de referencial em que é válida a primeira lei de Newton (Lei da Iércia) é chamado de Referencial Inercial.

Se a resultante das forças que atuam sobre um corpo é nula, então o corpo está em equilíbrio estático ou dinâmico.

Equilíbrio estático: ou repouso. Situação em que a velocidade do corpo é igual a zero.

Equilíbrio dinâmico: ou Movimento Retilíneo e Uniforme. Situação em que a velocidade do corpo é constante e diferente de zero.

Se num referencial inercial um corpo revelar uma aceleração, então deverá estar sob a ação de uma resultante não nula e deveremos ser capazes de reconhecer a origem dessa força. Essa é a racionalidade contida nos referenciais inerciais.

Nem todos os referenciais são assim. Os referenciais não-inerciais, dão causa a uma irracionalidade no estudo do movimento e, a partir deles, parecem surgir forças cujas causas não podem ser estabelecidas.

Se você está isolado em um ambiente fechado de cujo teto pende um pêndulo que se mostra inicialmente parado na vertical, você espera que ele assim permaneça por tempo indefinido se mais nenhuma força, além do peso e da tração do fio que o suporta, estiver agindo. Enquanto a resultante permanecer nula ele não deve se mover.

Se, entretanto, esse pêndulo mover-se para uma posição em que passa a formar um ângulo com a vertical desejaremos acreditar que uma força nova passou a atuar. Mas o que acontece se, apesar de todos os esforços, não pudermos identificar essa força, sua causa, sua origem? Vamos perceber a existência de um fenômeno de conteúdo irracional e poderemos ter certeza de que nosso referencial não é inercial.

Essa situação entretanto, é real e cotidiana. Se o ambiente fechado em que estamos for um ônibus, inicialmente parado (pêndulo na vertical) que passa em seguida a se mover com uma aceleração veremos o pêndulo formar um ângulo com a vertical. Nesse fenômeno podemos reconhecer a lei da inércia: o ônibus recebe uma força que o acelera. Essa força é comunicada ao ponto que prende o fio do pêndulo. O pêndulo vai ficando para trás e o fio vai formando um ângulo com a vertical.

Quando a força resultante entre a tração do fio e o peso do pêndulo for capaz de lhe proporcionar uma aceleração igual à do ônibus o pêndulo passa a companhar o movimento do ônibus a partir de sua nova posição.



Do ponto de vista do observador no ônibus fechado pareceu surgir uma força atuando para deslocar o pêndulo da situação de equilíbrio. Esse tipo de "forças" é chamado de '''forças fictícias''' e surgem a partir de '''referenciais não inerciais'''.

Referenciais em rotação são não-inerciais

Os sistemas em rotação : a força centrífuga e a força de Coriolis ( Gaspard-Gustave Coriolis)

A força centrífuga

Provavelmente todos  conhecem o brinquedo muito comum em parques infantis, que chamamos de "gira-gira".



Ao usar esse brinquedo sentimos algo como uma força que nos tenta lançar para fora ao longo do raio de giro do brinquedo. A mesma "força" parece existir nas máquinas lavadoras de roupas que possuem uma função chamada  "centrifugação".

Sabemos, de um ponto de vista racional (referencial inercial), que o que acontece é que nosso corpo tende inercialmente a sair com velocidade paralela à tangente ao círculo de giro. Porém do ponto de vista do referencial em rotação parece existir uma força centrífuga. A chamamos de fictícia porque não é possível encontrar qualquer causa real para a sua existência.

As forças de Coriolis

essas forças devem sua descrição ao francês Gaspard-Gustave Coriolis (1835) do qual levam o nome. São percebidas do ponto de vista de um observador num sistema em rotação. O vídeo abaixo ilustra seus efeitos e sua percepção:



Como somos seres viventes sobre um planeta em rotação, essas forças aparentes são presentes na nossa realidade.

Uma bola lançada em linha reta parece percorrer uma trajetória curvilínea, para o observador no sistema em rotação. Da mesma forma os ventos na atmosfera que se deslocam para as áreas de baixa pressão, do nosso ponto de vista, sofrem um desvio que é no sentido anti-horário no hemisfério norte e no sentido horário no hemisféfio sul.