Comprendre les concepts
* Force centripète: La force qui agit vers le centre d'un chemin circulaire, gardant un objet en mouvement dans ce cercle. Sans force centripète, un objet s'envolerait en ligne droite (première loi de Newton).
* Force centrifuge: C'est la force extérieure apparente qu'un objet éprouve tout en se déplaçant dans un chemin circulaire. Ce n'est pas une véritable force dans le sens où il n'y a pas d'objet qui tire ou pousse directement dessus. C'est une conséquence de l'inertie (la tendance d'un objet à résister aux changements de son mouvement).
Dérivation
1. Considérez la configuration: Imaginez un objet de masse «m» se déplaçant dans un cercle de rayon «r» avec une vitesse constante «v».
2. Focus sur l'accélération: La vitesse de l'objet change constamment de direction, même si sa vitesse est constante. Cela signifie qu'il a une accélération, appelée accélération centripète, dirigée vers le centre du cercle.
3. Calculer l'accélération centripète:
* Le changement de vitesse de l'objet (ΔV) est la différence entre ses vecteurs de vitesse en deux points de son chemin circulaire.
* Étant donné que les vecteurs de vitesse ont la même ampleur mais des directions différentes, ΔV est approximativement égal à la longueur d'arc du chemin circulaire parcouru pendant un petit intervalle de temps ΔT, divisé par ΔT.
* Cette longueur d'arc est approximativement égale au rayon (R) multiplié par l'angle (θ) sous-tendu par l'arc, qui est également approximativement égal à VΔT / R.
* Par conséquent, ΔV ≈ (VΔT / R)
* L'accélération centripète (AC) est définie comme ΔV / ΔT, donc AC ≈ (VΔT / R) / ΔT =V² / R.
4. Reliez l'accélération centripète pour forcer: La deuxième loi du mouvement de Newton stipule que la force (f) est égale à la masse (m) fois l'accélération (a). Dans ce cas, la force provoquant l'accélération centripète est appelée la force centripète (FC):
* Fc =m * ac
* Fc =m * (v² / r)
5. Force centrifuge: Bien qu'il n'y ait pas de force extérieure réelle agissant sur l'objet, la tendance de l'objet à se déplacer en ligne droite (inertie) crée une force extérieure apparente, que nous appelons la force centrifuge. Cette force est égale en amplitude et opposée en direction de la force centripète:
* Fc (centrifuge) =m * (v² / r)
points clés
* La force centrifuge n'est pas une véritable force: C'est une conséquence de l'inertie et de la tendance de l'objet à se déplacer en ligne droite.
* La force centripète est la véritable force: C'est la force qui agit vers le centre du cercle, en gardant l'objet en mouvement dans un chemin circulaire.
* La formule fc =m * (v² / r) s'applique aux forces centripète et centrifuge. La différence est dans la direction de la force. La force centripète pointe vers l'intérieur, tandis que la force centrifuge pointe vers l'extérieur.
Exemple
Imaginez une voiture arrosant une courbe. La friction entre les pneus et la route fournit la force centripète qui maintient la voiture en mouvement en cercle. Vous pourriez ressentir une force apparente vous poussant vers l'extérieur, c'est la force centrifuge.
