La force centripète et la force centrifuge sont deux termes que les étudiants en physique confondent ou méconnaissent couramment.

Une idée fausse typique est que la force centripète est dirigée vers le centre du chemin circulaire d'un objet, tandis que la force centrifuge est dirigée vers l'extérieur, comme si les deux agissaient dans des directions opposées. Cependant, une seule d'entre elles est en fait une force
réelle!
Force centripète vs force centrifuge

La seule force provoquant le mouvement circulaire d'un objet est la force centripète
, qui est toujours dirigé vers le centre du chemin circulaire. Si une voiture contourne un virage, par exemple, la force centripète la faisant se déplacer dans une courbe plutôt qu'une ligne droite est dirigée le long du rayon du cercle que la voiture trace.

Astuces

La force centrifuge est une force fictive, ce qui signifie qu'elle n'est pas une force réelle. La force centripète est réelle.

La force centrifuge
, par contre, n'existe pas. Comme le condensateur de flux "Back to the Future", le terme a été inventé pour aider à décrire quelque chose d'imaginaire, bien que basé sur des observations réelles. Les effets de se déplacer dans un cercle ont tendance à donner à un objet l'impression de "voler" vers l'extérieur, et l'idée d'une force dirigée vers l'intérieur
provoquant une telle expérience peut au premier abord sembler déroutante.
Centrifuge La force est un sentiment

Lorsqu'une voiture effectue un virage serré à gauche, les passagers peuvent se sentir "projetés" à droite de la voiture. Ou au bas d'une boucle sur des montagnes russes, les cavaliers peuvent se sentir poussés vers le bas dans leurs sièges.

Ces sentiments sont le résultat d'une inertie;
cependant, pas une force (bien que cela puisse être appelé force apparente
). L'inertie décrit la tendance d'un objet à résister aux changements de son mouvement, comme décrit par la première loi de Newton, la loi de l'inertie.

Lorsque la voiture prend un virage brusque ou que les montagnes russes plongent, l'humain les corps à l'intérieur se déplacent déjà avec une certaine vitesse dans une direction particulière. Selon la loi de l'inertie, ces corps résistent d'abord
à changer leur vitesse.

Les passagers avancent toujours dans l'espace lorsque la voiture commence à partir brusquement à gauche - plutôt que d'être "jetés" à droite ", la voiture s'écrase sur eux depuis la gauche alors qu'elle se déplace soudainement.
Une fois que leurs corps se sont rattrapés et ont commencé à se déplacer vers la gauche également, la sensation de collision se termine.

dans les montagnes russes, les corps se déplacent toujours vers le bas lorsque les montagnes russes commencent à les pousser vers le haut. Jusqu'à ce que leur corps rattrape la nouvelle vitesse des montagnes russes, ils ont l'impression d'être projetés contre l'extérieur des chariots. Leurs corps se déplacent toujours vers les chariots tandis que les chariots se déplacent maintenant vers leurs corps.
Comment fonctionne la force centripète

La force centripète n'est qu'une partie de la recette pour faire bouger quelque chose dans un cercle. L'autre ingrédient est vitesse linéaire
. Un objet doit se déplacer lorsqu'une force centripète agit à angle droit par rapport à son mouvement pour qu'il puisse se déplacer en cercle.

Considérez une balle au bout d'une chaîne. Pour qu'une personne la fasse tourner autour de sa tête, elle doit d'abord lui lancer un jet avec une composante horizontale (en d'autres termes, pas directement en elle ou loin d'elle). La personne tire la corde tendue et la balle commence à les encercler plutôt que de s'envoler.

Deux choses doivent se produire pour que la balle sur la corde continue à tourner: la personne doit continuer à tirer la corde tendue (en en tirant dessus), et
ils doivent continuer à ajouter de légers coups de coude horizontaux pour maintenir le mouvement linéaire de la balle, qui autrement ralentirait du frottement avec l'air. (Dans l'espace, cependant, la personne aurait seulement
besoin de tirer la corde enseignée puisque la balle ne perdrait aucune de sa vitesse linéaire en tournant dans le vide.)

Si la balle ne bougeait pas et la personne tirait la corde tendue, la balle se déplacerait simplement vers la personne, pas un cercle. Si la balle sortait directement de la personne et qu'ils tiraient sur la corde, la balle ralentirait d'abord, puis changerait de direction et reviendrait vers la personne, encore une fois pas un cercle.

Dans ces cas , cela n'aurait même aucun sens d'appeler la force transmise par la corde une force centripète. C'est simplement une force de tension appliquée sur la balle.
Sources de force centripète

Le mot centripète
est juste un moyen de décrire toute force agissant perpendiculairement à la vitesse linéaire d'un objet. De nombreux types d'objets ou d'interactions peuvent fournir des forces centripètes.

Par exemple, comme déjà mentionné, une corde qui tourne dans un cercle fournit une force centripète à un objet attaché à son extrémité. Une voiture qui tourne dans un virage subit une force centripète due au frottement entre ses pneus et la route. Un satellite en orbite continue de se déplacer dans un cercle en raison de la force gravitationnelle fournissant une force centripète vers le centre de la Terre.

Dans chacun de ces cas, si la source de la force centripète était retirée soudainement, la corde , le frottement ou la gravité, l'objet cesserait de se déplacer en cercle. Plus précisément, il décollerait à une tangente à ce cercle avec n'importe quelle vitesse linéaire qu'il avait.
Force centripète et accélération centripète

Parce que la force centripète est dirigée vers le centre de la trajectoire circulaire d'un objet et la force centrifuge n'existe pas pour le contrer
, l'objet se déplaçant sur un chemin incurvé doit subir une force nette vers le centre du cercle.

D'après la deuxième loi de Newton, F \u003d ma ,
il s'ensuit qu'une force nette provoque une accélération. En effet, tout ce qui bouge dans un cercle a une accélération, appelée accélération centripète
, vers le centre du cercle.

Cela peut sembler contre-intuitif, étant donné qu'une accélération signifie un changement vitesse, mais beaucoup de choses se déplacent dans un cercle à une vitesse apparemment constante.

Ici, il est utile de rappeler que la vitesse est un vecteur, à la fois avec une amplitude et une direction, et changer l'un ou l'autre de ces résultats dans rapidité. Lorsqu'un objet se déplace dans un cercle, sa vitesse linéaire et son accélération centripète changent constamment de direction; à n'importe quel point le long du chemin, les flèches de chaque vecteur seront orientées différemment qu'à tout autre point le long du chemin.

Donc, l'objet continue à voyager à la même vitesse
mais avec une direction en constante évolution. Les physiciens décrivent ceci comme mouvement circulaire uniforme
.
Comment ajuster le mouvement circulaire

Comme la force centripète est toujours perpendiculaire à la vitesse linéaire d'un objet, elle décrit le rayon de la trajectoire circulaire de l'objet. Par conséquent, plus la force centripète est grande, plus le "remorqueur" est dur vers l'intérieur, plus le cercle sera serré ou petit, et plus la force centripète sera lâche, plus le chemin circulaire sera grand.

Cela pourrait avoir du sens intuitivement: Tirer sur la corde qui tient le ballon, ou prendre une courbe sur une surface collante avec plus de friction que sur une surface lisse, comme la glace, entraînera des mouvements circulaires plus petits. N'oubliez pas que dans n'importe quelle situation, la seule force provoquant le mouvement circulaire est une force centripète vers l'intérieur. Aucune force centrifuge ne pousse un objet "vers l'extérieur" dans un cercle.