Forces et Inertie

La force centrifuge n’est pas une force « réelle” — la tendance à voler vers l’extérieur est observée parce que les objets qui se déplacent en ligne droite ont tendance à continuer à se déplacer en ligne droite. C’est ce qu’on appelle l’inertie, et cela rend les objets résistants à la force qui les fait se déplacer dans une courbe.

La force centripète est une force « réelle « . Il attire l’objet vers le centre et l’empêche de « s’envoler ». La source de la force centripète dépend de l’objet en question. Pour les satellites en orbite, la force provient de la gravité. Si un objet est balancé sur une corde, la force centripète est fournie par la tension dans la corde, et pour un objet en rotation, la force est fournie par une contrainte interne. Pour une voiture se déplaçant le long d’un arc, la force centripète provient du frottement entre les pneus de la voiture et la route.

Si un objet tourne correctement, les forces centrifuges et centripètes seront égales, de sorte que l’objet ne se déplacera pas vers le centre de rotation ou vers l’extérieur. Il maintiendra une distance constante du centre.

Direction

Direction de la force centripète et de la vitesse

La force centripète est dirigée vers l’intérieur, de l’objet au centre de rotation. Techniquement, il est dirigé orthogonal à la vitesse du corps, vers le point fixe du centre instantané de courbure du trajet.

La force centrifuge est dirigée vers l’extérieur; dans la même direction que la vitesse de l’objet. Pour un mouvement circulaire, la vitesse à un moment donné est tangente à l’arc de mouvement.

Formule

Les deux forces sont calculées en utilisant la même formule:

où ac est l’accélération centripète, m est la masse de l’objet, se déplaçant à la vitesse v le long d’une trajectoire de rayon de courbure r.

Centrifuge vs. Exemples de force centripète

Certains exemples courants de force centrifuge au travail sont la boue qui s’envole d’un pneu et les enfants ressentant une force les poussant vers l’extérieur tout en tournant sur un rond-point.

Un exemple majeur de force centripète est la rotation des satellites autour d’une planète.

Roller Coaster,an example of Centripetal force in action

A satellite orbiting the planet by applying the centripetal force.

Illustration de la force centripète (vecteur rouge marqué FT, la force de tension dans la corde). Lorsque la corde est coupée, la force centripète (tension dans la corde) n’agira plus sur l’objet. Il ne sera donc plus maintenu dans ce chemin circulaire par FT et s’envolera sur une tangente.

Applications

La connaissance des forces centrifuges et centripètes peut être appliquée à de nombreux problèmes quotidiens. Par exemple, il est utilisé lors de la conception de routes pour éviter le dérapage et améliorer la traction dans les courbes et les rampes d’accès. Il a également permis l’invention de la centrifugeuse, qui sépare les particules en suspension dans un fluide en faisant tourner des tubes à essai à grande vitesse.