La force est une chose amusante en physique. Sa relation avec la vitesse est beaucoup moins intuitive que la plupart des gens ne le pensent probablement. Par exemple, en l'absence d'effets de frottement (par exemple, la route) et de «traînée» (par exemple, l'air), il ne nécessite littéralement aucune force pour maintenir une voiture en mouvement à 100 milles à l'heure (161 km /h), mais cela a besoin d'une force extérieure pour ralentir cette voiture, même de 100 à 99 mi /h. La force centripète, qui est exclusive au monde vertigineux du mouvement de rotation (angulaire), a un anneau "of that "funniness" to it.", 3, [[Par exemple, même si vous savez précisément pourquoi, Quiconque a déjà connu une forte force centripète pourrait être enclin à monter un défi sérieux, voire plausible, à la physique sous-jacente basée sur sa propre expérience. (Au fait, plus sur toutes ces quantités mystérieuses bientôt!) Pour appeler la force centripète un "type" de force, comme on pourrait se référer à la force de gravité et à quelques autres forces, serait trompeur . La force centripète est vraiment un cas spécial de force qui peut être analysé mathématiquement en utilisant les mêmes principes newtoniens essentiels que ceux utilisés dans les équations de la mécanique linéaire (translationnelle). Avant de pouvoir explorer pleinement le centripète la force, c'est une bonne idée de revoir le concept de force et d'où il vient en termes de comment les scientifiques humains le décrivent. À son tour, cela offre une excellente occasion de revoir les trois lois du mouvement du physicien mathématicien des 17e et 18e siècles Isaac Newton. Ceux-ci sont, ordonnés par convention et non d'importance: la première loi de Newton, également appelée loi d'inertie, La deuxième loi de Newton, écrite F net \u003d ma, stipule que si une force nette dans un système existe, elle accélérera une masse m dans ce système avec une amplitude et une direction a. L'accélération est le taux de changement de vitesse, donc encore une fois, vous voyez que la force n'est pas nécessaire pour le mouvement en soi, seulement pour changer le mouvement. La troisième loi de Newton stipule que pour chaque force F dans la nature, il existe une force –F qui est de magnitude égale et de direction opposée. Les lois de Newton fournissent un cadre utile pour établir des équations qui décrivent et prédisent comment les objets se déplacent dans l'espace. Aux fins de cet article, espace Les quatre grandeurs fondamentales de préoccupation dans les équations cinématiques sont le déplacement, la vitesse (taux de variation du déplacement) , l'accélération (taux de changement de vitesse) et le temps. Les variables des trois premiers d'entre eux diffèrent entre le mouvement linéaire et rotationnel (angulaire) en raison de la qualité différente du mouvement, mais elles décrivent les mêmes phénomènes physiques. Pour cette raison, bien que la plupart des élèves apprennent à résoudre problèmes cinématiques linéaires avant de voir leurs associés dans le monde angulaire, il serait plausible d'enseigner d'abord le mouvement de rotation puis de "dériver" les équations linéaires correspondantes à partir de ceux-ci. Mais pour diverses raisons pratiques, cela n'est pas fait. Qu'est-ce qui fait qu'un objet emprunte un chemin circulaire au lieu d'une ligne droite? Par exemple, pourquoi un satellite tourne-t-il autour de la Terre sur une trajectoire incurvée, et qu'est-ce qui fait qu'une voiture se déplace sur une route incurvée même à des vitesses qui semblent incroyablement élevées dans certains cas? Conseils La force centripète est le nom de tout type de force qui fait bouger un objet sur une trajectoire circulaire. Comme indiqué, la force centripète n'est pas un type de force distinct au sens physique, mais plutôt une description de toute Conseils Ne confondez pas la force centripète avec le mythique-mais- "force centrifuge" persistante. La force centripète peut provenir de diverses sources. Par exemple: • La tension T (qui a des unités de force divisées par la distance • L'attraction gravitationnelle entre le centre de deux grandes masses (par exemple, la Terre et la Lune). En théorie, tous les objets de masse exercent une force gravitationnelle sur d'autres objets. Mais parce que cette force est proportionnelle à la masse de l'objet, dans la plupart des cas, elle est négligeable (par exemple, la force gravitationnelle ascendante infiniment petite d'une plume sur la Terre lorsqu'elle tombe). La "force de gravité "(ou proprement, l'accélération due à la gravité) g près de la surface de la Terre est de 9,8 m /s 2. • Friction. Un exemple typique d'une force de friction dans les problèmes de physique d'introduction est celui entre les pneus d'une voiture et la route. Mais peut-être un moyen plus facile de voir l'interaction entre la friction et le mouvement de rotation est d'imaginer des objets qui sont capables de "coller" à l'extérieur d'une roue en rotation mieux que d'autres à une vitesse angulaire donnée en raison de la plus grande friction entre les surfaces de ces objets, qui restent dans une trajectoire circulaire, et la surface de la roue. La vitesse angulaire d'une masse ponctuelle ou d'un objet est complètement indépendante de ce qui pourrait se passer d'autre avec cet objet, cinétiquement parlant, à ce point. Après tout, la vitesse angulaire est la même pour tous les points d'un objet solide, quelle que soit la distance. Mais puisqu'il y a aussi une vitesse tangentielle v t en jeu, la question de l'accélération tangentielle se pose ou non? Après tout, quelque chose se déplaçant en cercle mais accélérant devrait simplement se libérer de son chemin, tout le reste étant le même. N'est-ce pas? Les bases de la physique empêchent ce dilemme apparent d'être réel. La deuxième loi de Newton (F \u003d ma) exige que la force centripète soit la masse d'un objet m multipliée par son accélération, dans ce cas l'accélération centripète, qui "pointe" dans le sens de la force, c'est-à-dire vers le centre du chemin. Vous auriez raison de demander: "Mais si l'objet accélère vers le centre, pourquoi ne se déplace-t-il pas de cette façon?" La clé est que l'objet a une vitesse linéaire v t qui est dirigée tangentiellement à sa trajectoire circulaire, décrite en détail ci-dessous et donnée par v t \u003d ωr. Même si cette vitesse linéaire est constant, sa direction change toujours (il doit donc subir une accélération, qui est un changement de vitesse; les deux sont des quantités vectorielles). La formule de l'accélération centripète est donnée par v t 2 /r. Une voiture qui entre dans un virage avec une vitesse constante À la fin du virage, le conducteur fait rouler la voiture en ligne droite, la direction de la vitesse cesse de changer et la voiture cesse de tourner; il n'y a plus de force centripète du frottement entre les pneus et la route dirigée orthogonalement (à 90 degrés) au vecteur vitesse de la voiture. Parce que la force centripète F c \u003d mv t 2 /r est dirigé tangentiellement au mouvement de l'objet (c.-à-d. à 90 degrés), il ne peut effectuer aucun travail sur l'objet horizontalement car aucune des composantes de la force nette n'est dans la même direction que le mouvement de l'objet. Pensez à piquer directement sur le côté d'une voiture de train qui siffle horizontalement devant vous. Cela n'accélérera pas la voiture ni ne la ralentira d'un bit, à moins que votre objectif ne soit pas vrai. Conseils La composante horizontale de la force nette sur l'objet dans un tel cas serait (F) (cos 90 °) qui est égal à zéro, donc les forces sont équilibrées dans le sens horizontal; selon la première loi de Newton, l'objet restera donc en mouvement à vitesse constante. Mais parce qu'il a une accélération vers l'intérieur, cette vitesse doit changer, et donc l'objet se déplace dans un cercle. Jusqu'à présent, seul un mouvement circulaire uniforme, ou un mouvement à vitesse angulaire et tangentielle constante, a été décrit. Cependant, quand il y a une vitesse tangentielle non uniforme, il y a par définition une accélération tangentielle, qui doit être ajoutée (au sens vectoriel) à l'accélération centripète pour obtenir l'accélération nette du corps. Dans ce Dans ce cas, l'accélération nette ne pointe plus vers le centre du cercle et la résolution du mouvement du problème devient plus complexe. Un exemple serait une gymnaste suspendue à une barre par ses bras et utilisant ses muscles pour générer suffisamment de force pour finalement commencer à se balancer autour d'elle. La gravité aide clairement sa vitesse tangentielle en descendant mais la ralentit en remontant. En s'appuyant sur la vitesse précédente de la force centripète orientée verticalement, imaginez des montagnes russes avec la masse M complétant une trajectoire circulaire de rayon R sur un trajet de type "boucle la boucle". Dans ce cas, pour que les montagnes russes restent sur les rails en raison de la force centripète, la force centripète nette Mv < sub> t 2 /R doit à l'est égal au poids (\u003d Mg \u003d 9,8 M, en newtons) des montagnes russes tout en haut du virage, sinon la force de gravité tirera les montagnes russes de leur Cela signifie que Mv t 2 /R doit dépasser Mg, ce qui, en résolvant pour v t, donne une vitesse tangentielle minimale de √gR, ou (gR) < sup> 1/2. Ainsi, la masse des montagnes russes n'a pas d'importance, seule sa vitesse!
en termes newtoniens, le vecteur de force centripète d'une particule est dirigé vers le centre du chemin circulaire autour duquel la particule se déplace, cela semble toujours un peu bizarre.
Aperçu des lois de Newton
stipule qu'un objet se déplaçant à vitesse constante restera dans cet état à moins qu'il ne soit perturbé par un force externe. Une implication importante est que la force n'est pas nécessaire pour que les objets se déplacent, quelle que soit la vitesse, à vitesse constante.
Cinématique linéaire ou rotationnelle
signifie vraiment un "espace" bidimensionnel décrit par les coordonnées x ("avant" et "arrière") et y ("haut" et "bas") en mouvement linéaire, θ (mesure d'angle, généralement en radians) et r (la distance radiale par rapport à l'axe de rotation) en mouvement angulaire.
Qu'est-ce que la force centripète?
force dirigée vers le centre du cercle représentant la trajectoire de mouvement de l'objet.
signifie littéralement "recherche de centre".
Sources de force centripète
) dans une corde ou une corde attachant l'objet en mouvement au centre de sa trajectoire circulaire. Un exemple classique est la configuration des boules captives trouvée sur les terrains de jeux américains.
Comment la force centripète provoque une trajectoire circulaire
Autour du virage
est un excellent exemple de force centripète en action. Pour que la voiture reste sur sa trajectoire courbe prévue pendant la durée du virage, la force centripète associée au mouvement de rotation de la voiture doit être équilibrée ou dépassée par la force de friction des pneus sur la route, qui dépend de la masse de la voiture et de la propriétés intrinsèques des pneus.
Force centripète, mathématique
Force centripète et mouvement circulaire non uniforme
Un exemple de force centripète verticale
