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Postado Originalmente por Vito R. Vanin, professor do IFUSP
A 2a lei de Newton estabelece que a força e a aceleração de um objeto tem mesma direção e sentido num referencial inercial. Uma mudança de direção da velocidade corresponde a uma aceleração, mesmo que o módulo da velocidade não mude. Assim, mudar a direção da velocidade exige uma força. A força centrípeta nada mais é que a componente da força responsável pela mudança de direção da velocidade. Veja que esta lei só vale num referencial inercial, que é aquele onde vale a 1a lei de Newton: na ausência de interações, um corpo parado permanece parado e um corpo em movimento realiza um movimento retilíneo e uniforme.
No exemplo simples do Movimento Circular e Uniforme (abreviadamente MCU, em que o objeto desloca-se sobre uma circunferência com velocidade de módulo constante), a força que atua sobre a partícula não tem nenhuma componente na direção da tangente à circunferência porque o módulo da velocidade não muda, mas a direção da velocidade muda continuamente. Podemos verificar que a força necessária para mudar a direção de maneira que o objeto descreva exatamente um MCU tem sempre a direção do centro da circunferência - por isso centrípeta.
Aqui, deduzimos que existe uma força centrípeta a partir do movimento observado (circular e uniforme), sem que tenhamos necessidade de saber como essa força é produzida. Em cada caso concreto, haverá uma interação que produzirá (ou várias interações que produzirão) essa força: no caso de rodarmos horizontalmente uma pedra num barbante, é a força que o barbante faz na pedra que é a força centrípeta; quando um automóvel faz uma curva plana e horizontal com velocidade de módulo constante, a força centrípeta é a resultante das forças de atrito nos pneus; num pêndulo cônico, a força centrípeta é a resultante da tração do fio com o peso do objeto pendurado.
Essa discussão complica um pouco num movimento curvilíneo geral.
Podemos imaginar que um pequeno trecho de uma trajetória curvilínea é um arco de circunferência, de maneira que a mudança de direção da velocidade exigirá uma força que aponte para o centro dessa circunferência instantânea, que é a força centrípeta. Enfim, num referencial inercial não existe essa tal de força centrífuga, ao contrário, há alguma força que aponta para dentro da circunferência que tangencia a trajetória ou a resultante das forças sobre o corpo têm uma componente que aponta para dentro da circunferência que tangencia a trajetória.
O que vem a ser força centrífuga, então? Algumas vezes, gostaríamos de descrever o movimento num sistema de referência preso a um corpo em rotação. No exemplo clássico da criança brincando num carrossel, descreveríamos o movimento da criança visto por um observador também sobre o carrossel em movimento, isto é, movendo-se junto com o carrossel. Note que a 2a lei de Newton não vale nesse referencial preso ao carrossel em movimento (não inercial porque o carrossel está rodando). Sentimos claramente que é preciso que nos seguremos (que haja uma força sobre a gente) para permanecermos parados em relação ao piso do carrossel - a 1a lei de Newton não vale. Num sistema simples como esse, é sempre melhor procurar um referencial inercial e usar a lei de Newton : descendo do carrossel, permanecemos parados sem precisar fazer força (o chão é um referencial inercial) e vemos que há uma força centrípeta na criança que roda junta com o carrossel. Mas se formos teimosos, subirmos no carrossel e quisermos fazer valer alguma lei parecida com a 2a lei de Newton para o movimento da criança, onde a aceleração dela é medida em relação ao chão do carrossel, veremos que basta acrescentar às forças devidas às interações entre os corpos uma força fictícia, oposta à aceleração centrípeta da criança, chamada força centrífuga. Assim, na descrição no sistema de referência não inercial do carrossel, a criança só pode permanecer parada se houver uma interação que produza uma força oposta à centrífuga.
A força centrífuga é chamada fictícia porque não se origina de nenhuma interação, em particular não existe força de reação à força centrífuga. Veja que para corpos parados em relação ao referencial girante a força centrípeta, embora tenha mesmo módulo e direção mas sentido oposto à força centrífuga, NÃO pode ser reação à ela, simplesmente porque ambas atuam no mesmo corpo. Lembre, as forças de ação e reação atuam sempre em corpos distintos, porque resultam da interação mútua entre dois corpos. Explicando em detalhe, se o corpo 1 e o corpo 2 estão interagindo, então o corpo 1 faz uma força em 2 (portanto aplicada em 2) que têm o mesmo módulo e direção da força que o corpo 2 faz em 1 (portanto aplicada em 1) mas sentido contrário.
Raramente é uma boa idéia utilizar referenciais não inerciais em problemas de mecânica, eles só aparentemente facilitam a interpretação e dão origem a muita confusão. Também não é muito fácil lidar com essas forças fictícias, por exemplo, no carrossel essa força têm módulo e direção que dependem do ponto do carrossel, de maneira que a descrição de um movimento sobre o carrossel não ficará nada mais simples que no referencial inercial.
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