I) Force centrifuge

Plan : I) Qu'est-ce que la force centrifuge ? 

1. Principe et fonctionnement

2. Etudes de cas

3. Domaines d'utilisation

4. Expérience sur la force centrifuge

 

  • Introduction : 

 

  • Mais qu'est-ce que la force centrifuge ? Est-ce une réellement une force ? Comment agit-elle ? Quelles sont ses particularités ? Bon nombre de questions se posent et nous allons tenter d'y répondre. La force centrifuge, nous allons vous expliquer réellement ce que c'est, mais également vous montrer ses différentes utilitées à travers schémas, photos, expériences et explications simplifiées.

 

I) Qu’est ce que la force centrifuge ?

 

           1. Principe et fonctionnement

 

  • Tout d'abord, il serais mieux d'écrire force effet centrifuge car, la "force" centrifuge n'en est pas une. Une force constitue une action mécanique que subit un objet, comme la masse par exemple. Ce genre de force est représentée par un vecteur ayant un point d'application, un sens, une direction, et une intensité notée en Newton (N). La "force" centrifuge n'est qu'une appellation incorrecte, car ce n'est qu'un effet observé en présence d'une autre force, que nous citerons plus loin.

 

  • Ci-dessous, un petit schéma pour bien comprendre la notion de force : 

force-vecteur.jpg

 

  • Accrochez-vous ça se complique par là :

 

  • La force centrifuge (→ qui tend à éloigner du centre) n'est qu'une force fictive, ou force inertielle que l'on peut observer en étudiant le mouvement d'un référentiel non galiléen, c'est à dire lorsqu'un objet est en mouvement et qu'il subit des forces (soit le contraire d'un référentiel galiléen, qui est un objet isolé, qui suit un mouvement linéaire et qui n'est soumis à aucune force).

 

  • Elle n'existe que par l'éxecution de la force centripète (→  qui tend à rapprocher du centre), qui est une force dite "réelle" exercée sur un objet pour lui imposer une trajectoire circulaire, donc non linéaire. Par exemple, une balle fixée à une corde qui tourne grâce au mouvement de notre main subit la force centripète.  

 

300px-force-centripete-svg-5.png

 

  • La force centrifuge et la force centripète sont opposées, la force centripète, étant perpendiculaire à la trajectoire, est dirigée vers le centre de rotation, alors que la "force centrifuge", également pependiculaire à l'axe de rotation, est dirigée vers l'extérieur du cercle. 

 

Voici l'expression physique de la force centrifuge : 

 

force-centrifuge-1.gif

 

force.png

    vitesse-angulaire.png

 

 

  • Passons maintenant aux études de cas ...

 

          2. Etude de cas

 

  • Prenons par exemple le cas classique du virage effectué par une voiture. A faible vitesse, lorsque le conducteur tourne le volant pour effectuer le virage,  celui-ci à l'impression d'être attiré vers l’extérieur de la courbe. Le véhicule sort du virage lorsque sa vitesse est trop importante.

 

  • Ainsi, la voiture tend à poursuivre sa trajectoire initiale qui est la ligne droite, c’est pourquoi elle va sortir de la trajectoire du virage si sa vitesse est trop élevée. En effet, plus la courbure du virage est importante, plus la force centrifuge est forte. C'est la vitesse angulaire ω (oméga) qui est responsable de cette relation.

 

p1577-080410.jpg

 

  • Pour le cas d’une moto qui prend un virage, le motard, lorsqu’il subit la force centrifuge, bascule à l’extérieur de la courbe. Mais si le motard se penche vers l’intérieur de du virage, son poids a tendance à le faire tomber sur le sol alors que la force centrifuge le relève. Cet équilibre permet au motard d’effectuer ce virage sans tomber de son véhicule. 

 

  • Voilà pourquoi les pilotes de moto de courses sont pratiquement couchés sur le côté lorqu'ils abordent un virage. Etant donné qu'ils roulent une vitesse très importante, ils ont plus de risque d'être éjectés de leur motos qu'un motard effectuant un virage à faible vitesse. Une fois de plus, c'est la vitesse angulaire qui intervient.

mava74-1.gif

 

  • Ici, le vecteur F représente la "force" centrifuge et le vecteur P le poids du motard qui se penche. Les deux forces créent un équilibre caractérisé par l'angle droit que forment ces vecteurs. 

 

 

          3. Domaines d'utilisation

 

 

  • La singularité de la force fictive qu'est la force centrifuge à conduit de nombreux scientifiques à essayer de l'utiliser dans différents domaines. Un des exemple les plus flagrant est l'essoreuse à salade, qui est l'exemple parfait d'une utilisation basique de cette "force". 

 

  • L'essoreuse à salade applique le principe de la centrifugation (→ technique permettant de séparer les différents composants d'un mélange, d'une solution en fonction de leur densité en les soumettant à la force centrifuge) aux molécule d'eau. Lorsqu'on lave la salade, des molécules d'eau se déposent sur celle-ci. On place alors la salade dans une essoreuse, qui est un simple panier percé d'ouvertures couplé à une manivelle et qu'on met dans un autre bocal. 

 

  • Avec la manivelle, on fait tourner le panier, et sous l'effet de la force centrifuge, la salade va être plaquée contre les bords du panier, puis les molécules d'eau vont se détacher de celle-ci, passer à travers ces ouvertures et être recueillies dans le second récipient. Ce principe est le même pour le séchage des vêtements.

 

essoreuse-a-salade-individuelle-mastrad-1.jpg

 

  • La centrifugeuse utilisée à la NASA (par exemple) à une toute autre utilité. Elle permet d'entraîner des pilotes et les cosmonautes à résister à de puissantes accélérations. Une personne qui est soumise au test de la centrifugeuse reçoit l'équivalent de 9G, c'est à dire 9 fois la gravité terrestre. 

 

nasa-centrifuge.jpg

 

 

          4. Expérience sur la force centrifuge

 


  • Voici une petite expérience simple et facilement réalisable chez soi. 

 

Matériel : une bille, un verre, un verre à bords incurvés. 

Voici d'abord l'expérience réalisée avec un verre normal ...

 

  1. Expérience Verre Normal

 

  • Puis voici l'expérience réalisée avec un verre à bords incurvés ...

 

      2. Expérience Verre Bords incurvés

 

 

  • Impressionnant non ? Cela est bien évidemment dû à la force centrifuge ! 

          Voilà comment ce phénomène s'explique : 


Pour le verre normal, les bords sont droits. La disposition de cet angle empêche la bille de "monter" sur la paroi de verre. 

 

 

(Cliquez pour agrandir)

 

p1030095-1.jpg

Pour le verre aux bords incurvés, l'angle droit est "penché", ce qui va permettre à la bille, grâce à sa rotation et à la force centrifuge, de s'élever contre la paroi. Avec suffisament de vitesse, celle-ci sera comme collée aux bords du verre, et ne pourra donc pas tomber.

(Cliquez pour agrandir) 

 

p1030094.jpg

  • La partie physique étant terminée, passons maintenant à la partie des Sciences naturelles. Cliquez ici pour aller directement à la deuxième partie ou utilisez la barre de navigation en haut de la page ...

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site