La force centrifuge il a tendance à pousser les corps tournants autour d'une courbe. Il est considéré comme un force fictive, pseudoforce ou alors force d'inertie, car elle n'est pas causée par des interactions entre objets réels, mais est une manifestation de la inertie des corps. L'inertie est la propriété qui donne envie aux objets de conserver leur état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme, s'ils en ont un..
Le terme «force centrifuge» a été inventé par le scientifique Christian Huygens (1629-1695). Il a déclaré que le mouvement curviligne des planètes aurait tendance à les éloigner à moins que le Soleil n'exerce une force pour les retenir et il a calculé que cette force était proportionnelle au carré de la vitesse et inversement proportionnelle au rayon de la circonférence décrite..
Pour ceux qui voyagent en voiture, la force centrifuge n'est pas du tout fictive. Les passagers d'une voiture qui tourne à droite se sentent poussés vers la gauche, et vice versa, lorsque la voiture tourne à gauche, les gens subissent une force vers la droite, qui semble vouloir les éloigner du centre de la courbe.
L'ampleur de la force centrifuge Fg est calculé à l'aide de l'expression suivante:
-Fg est la grandeur de la force centrifuge
-m est la masse de l'objet
-v est la vitesse
-R est le rayon de la trajectoire courbe.
La force est un vecteur, donc le caractère gras est utilisé pour le distinguer de sa magnitude, qui est un scalaire.
Vous devez toujours garder à l'esprit que Fg apparaît uniquement lorsque le mouvement est décrit à l'aide d'un cadre de référence accéléré.
Dans l'exemple décrit au début, la voiture en rotation constitue une référence accélérée, car elle nécessite le accélération centripète, pour que je puisse me retourner.
Index des articles
Le choix du système de référence est vital pour l'appréciation du mouvement. Un cadre de référence accéléré est également appelé cadre non inertiel..
Dans ce type de système, comme une voiture en rotation, apparaissent des forces fictives telles que la force centrifuge, dont l'origine n'est pas une véritable interaction entre objets. Un passager ne peut pas dire ce qui le pousse hors de la courbe, il ne peut qu'affirmer que c'est le cas.
En revanche, dans un référentiel inertiel, les interactions se produisent entre des objets réels, tels que le corps en mouvement et la Terre, qui donne lieu à un poids, ou entre le corps et la surface sur laquelle il se déplace, qui sont à l'origine des frottements Ordinaire.
Un observateur debout sur le bord de la route et regardant la voiture tourner la courbe est un bon exemple de système de référence inertiel. Pour cet observateur, la voiture tourne car une force dirigée vers le centre de la courbe agit sur elle, ce qui l'oblige à ne pas la quitter. Il s'agit de la force centripète produite par le frottement entre les pneus et la chaussée.
Dans un référentiel inertiel, la force centrifuge n'apparaît pas. Par conséquent, la première étape pour le calculer est de choisir soigneusement le système de référence qui sera utilisé pour décrire le mouvement..
Enfin, il est à noter que les référentiels inertiels ne doivent pas forcément être au repos, comme l'observateur qui regarde le véhicule tourner la courbe. Un référentiel inertiel, appelé référentiel de laboratoire, il peut aussi être en mouvement. Bien sûr, à vitesse constante par rapport à une inertielle.
Dans la figure suivante à gauche, un observateur O est debout et regarde O ', qui se trouve sur la plate-forme qui tourne dans la direction indiquée. Pour O, qui est un cadre inertiel, certainement O 'continue de tourner en raison de la force centripète Fc produit par la paroi de la grille au dos du O '.
Ce n'est que dans les référentiels inertiels qu'il est valide d'appliquer la deuxième loi de Newton, qui stipule que la force nette est égale au produit de la masse et de l'accélération. Et ce faisant, avec le diagramme du corps libre montré, nous obtenons:
Fc = mac
Fc= mvdeux / R
De même, dans la figure de droite, il y a aussi un diagramme de corps libre qui décrit ce que l'observateur O 'voit. De son point de vue, il est au repos, donc les forces sur lui s'équilibrent.
Ces forces sont: la normale F, que la paroi exerce dessus, en rouge et dirigée vers le centre et la force centrifuge Fg qui le pousse vers l'extérieur et qui ne résulte d'aucune interaction, est une force non inertielle qui apparaît dans les référentiels rotatifs.
La force centrifuge étant fictive, elle est équilibrée par une force réelle, le contact ou force normale qui pointe vers le centre. Donc:
∑FX = 0 → Fg - F = 0
Fg = F
Bien que la force centrifuge soit considérée comme une pseudo-force, ses effets sont tout à fait réels, comme on peut le voir dans les exemples suivants:
- Dans tout jeu de rotation dans un parc d'attractions, la force centrifuge est présente. Elle s'assure que nous «fuyons le centre» et offre une résistance constante si vous essayez d'entrer au centre d'un carrousel en mouvement. Dans le pendule suivant, vous pouvez voir la force centrifuge:
- L'effet Coriolis provient de la rotation de la Terre, ce qui fait que la Terre cesse d'être un cadre inertiel. Ensuite, la force de Coriolis apparaît, qui est une pseudo-force qui dévie les objets latéralement, tout comme des personnes essayant de marcher sur une plaque tournante..
Une voiture qui tourne avec l'accélération À à droite, un jouet en peluche suspendu au rétroviseur intérieur. Dessinez et comparez les schémas du corps libre du jouet vu de:
a) Le référentiel inertiel d'un observateur debout sur la route.
b) Un passager voyageant dans la voiture.
Un observateur debout sur la route remarque que le jouet se déplace rapidement, avec une accélération À À droite.
Il y a deux forces agissant sur le jouet: d'une part la tension dans la corde T et poids vertical vers le bas W. Le poids est équilibré avec la composante verticale de la tension Tcosθ, donc:
W - Tcosθ = 0
La composante horizontale de la contrainte: T. senθ est la force déséquilibrée responsable de l'accélération vers la droite, donc la force centripète est:
Fc= T. sinθ = mac
Pour un passager dans la voiture, le jouet est suspendu en équilibre et le schéma est le suivant:
Comme dans le cas précédent, le poids et la composante verticale de la tension sont compensés. Mais la composante horizontale est équilibrée par la force fictive Fg = mA, de telle sorte que:
-mA + Tsenθ = 0
Fg = mA
Une pièce de monnaie est sur le bord d'un vieux tourne-disque vinyle, dont le rayon est de 15 cm et tourne à une vitesse de 33 tours / minute. Trouvez le coefficient de frottement statique minimum nécessaire pour que la pièce reste en place, en utilisant le référentiel de solidarité avec la pièce.
Dans la figure est le diagramme du corps libre pour un observateur se déplaçant avec la pièce. Le normal N que le plateau tournant exerce verticalement vers le haut est équilibré avec le poids W, tandis que la force centrifuge Fg est compensé par le frottement statique Ftoucher.
N - W = 0
Ftoucher - Fg = 0
L'amplitude de la force centrifuge est mvdeux/ R, comme dit au début, alors:
Ftoucher = Fg = mvdeux/ R
D'autre part, la force de frottement statique est donnée par:
Ffrotter = μs.N
Où μs est le coefficient de frottement statique, une grandeur sans dimension dont la valeur dépend de la façon dont les surfaces sont en contact. La substitution de cette équation est:
μs.N = mvdeux/ R → μs = mvdeux/R.N
Il reste à déterminer l'ampleur de la normale, qui est liée au poids selon N = mg. Remplacer à nouveau:
μs = mvdeux/R.mg → μs = vdeux/ Rg
De retour à la déclaration, il rapporte que la pièce tourne à une vitesse de 33 tours / minute, qui est la vitesse angulaire ou la fréquence angulaire ω, lié à la vitesse linéaire v:
v = ω.R = 33 tr / min. 2π radians / tr. 15 cm. (1 min / 60 s) = 51,8 cm / s
μs = vdeux/Rg=(51,8 cm / s)deux/ (15 cm x 981 cm / sdeux) = 0,18
Les résultats de cet exercice auraient été les mêmes si un référentiel inertiel avait été sélectionné. Dans ce cas, la seule force capable de provoquer une accélération vers le centre est le frottement statique..
Comme nous l'avons dit, la force centrifuge est une force fictive, qui n'apparaît pas dans les cadres inertiels, qui sont les seuls dans lesquels les lois de Newton sont valables. En eux, la force centripète est chargée de fournir au corps l'accélération nécessaire vers le centre.
La force centripète n'est pas une force différente de celles déjà connues. Au contraire, ce sont précisément celles-ci qui jouent le rôle de forces centripètes le cas échéant. Par exemple, la gravité qui fait orbiter la Lune autour de la Terre, la tension dans une corde par laquelle une pierre est tournée, le frottement statique et la force électrostatique.
Cependant, comme les référentiels accélérés abondent dans la pratique, les forces fictives ont des effets très réels. Par exemple, voici trois applications importantes où elles ont des effets tangibles:
Les centrifugeuses sont des instruments largement utilisés en laboratoire. L'idée est de faire tourner un mélange de substances à grande vitesse et les substances de plus grande masse subissent une plus grande force centrifuge, selon l'équation décrite au début..
Ensuite, les particules les plus massives auront tendance à s'éloigner de l'axe de rotation, se séparant ainsi des particules plus légères, qui resteront plus proches du centre..
Les machines à laver automatiques ont des cycles d'essorage différents. En eux, les vêtements sont centrifugés pour éliminer l'eau restante. Plus il y a de tours de cycle, moins les vêtements seront humides à la fin du lavage.
Les voitures sont meilleures dans les virages sur les routes, car la piste est légèrement inclinée vers le centre de la courbe, appelée surélévation. De cette façon, la voiture ne dépend pas exclusivement du frottement statique entre les pneus et la route pour terminer le virage sans quitter la courbe..
Personne n'a encore commenté ce post.