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Force centrifuge

« Force centrifuge » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
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La force centrifuge est une force physique inertielle due au fait que sans force, on va tout droit ( principe de Galilée ) et la force centrifuge cherche à nous faire aller tout droit si rien ne s'y oppose, comme lorsque les roues d'une voiture ou d'un vélo dérapent dans un virage et ne virent pas si cette force centrifuge est excessive .:

Cette force comme toute force, est proportionnelle à la masse du corps qui vire, multipliée par la vitesse de changement de la vitesse qui change son orientation en tournant , appelé accélération centripète vers le centre du cercle du virage,, imposée par le virage comme par les rails d'un chemin de fer, mais la valeur de la vitesse sur le compteur de vitesse reste constante et donc l'énergie reste constante. Simplement pour changer d'orientation il faut une force qui tire vers le centre, force centripète imposée par les rails ou le volant et le sol sur les roues et la force centripète s'oppose à la force centrifuge qui elle cherche à nous forcer à aller tout droit si rien ne s'y oppose.

Cela signifie qu’elle entraîne un mouvement, comme d’autres forces habituelles (les poussées, la gravité, etc.), mais elle n’est pas un transfert d’énergie, contrairement à ces dernières. Comme la force de Coriolis, elle résulte d’une sorte de « décalage » entre les mouvements de deux référentiels (voiture qui tourne par rapport au sol, gravité artificielle dans l’espace, etc.).

Par exemple, un véhicule se déplace par rapport au sol ;

  • s’il va tout droit et roule toujours à la même vitesse, il est dans un référentiel appelé « galiléen », comme la Terre : c’est donc un référentiel galiléen dans un autre, les mouvements ne sont pas « décalés » et il n’y a pas de force centrifuge ;
  • si, maintenant, le véhicule tourne ou accélère, il n’est plus dans un référentiel galiléen. Il va exister une sorte de « différence » entre le référentiel terrestre et lui et cette différence va être « compensée » par l’apparition de forces « inertielles », dont la force centrifuge. C’est pour cela que l’on ressent une force dans les virages : c’est la force centrifuge.
Pour en savoir plus Pour en savoir plus, lire l’article : Référentiel.

Généralités[modifier | modifier le wikicode]

Schéma de l'action de la force centrifuge d'une voiture dans un virage

La force centrifuge se manifeste par exemple lors d'un virage en voiture : les passagers se sentent attirés par le côté extérieur du virage. Sur le schéma ci-contre, la flèche rouge représente la trajectoire du véhicule rouge ; la flèche violette symbolise l'action de la force centrifuge.

On peut aussi ressentir la force centrifuge en faisant du tourniquet : lorsque le tourniquet est en mouvement, on se sent attiré vers l'extérieur (c'est pourquoi il y a toujours des barrières de protection).

Connaissant ces cas, on peut généraliser l'effet de la force centrifuge : la force centrifuge est la force qui s'exerce sur tout corps (objet, humain…) soumis à un mouvement non rectiligne (c’est-à-dire : qui ne se déplace pas tout droit) ; plus la courbure du mouvement, le « virage », est important, plus la force centrifuge est importante.

Si l'on modélise la trajectoire courbe par un morceau de cercle, on peut dire que la force centrifuge :

  • a pour direction un rayon du cercle, c’est-à-dire une droite qui passe par le centre du cercle ;
  • se dirige vers l'extérieur du cercle ;
  • est plus importante si le rayon du cercle (la courbure du virage dans notre exemple en image, à droite) est petit. La centrifuge vient du mot centrifiction.

Applications[modifier | modifier le wikicode]

Les propriétés de la force centrifuge sont utilisées par des objets du quotidien, comme :

  • la machine à laver (voir aussi Entretien du linge) : pour essorer le linge, elle tourne très rapidement : le linge est alors compressé contre les parois du tambour et l'eau doit s'en échapper ;
  • la centrifugeuse : utilisée principalement par les chimistes, il s'agit d'un appareil qui sépare les constituants d'un mélange. Comme les corps lourds sont plus attirés par la force centrifuge que les corps plus légers, les constituants les plus lourds du mélange se retrouvent au fond du récipient.
  • Sur un satellite tournant en rond autour de la terre ou les planètes autour du soleil dans l'espace, la force centrifuge est égale et opposée à la force d'attraction de gravitation vers la terre ou le soleil respectivement, ce qui explique que tout en tombant vers la terre ou le soleil les satellites ou les planètes tournent en rond quasi éternellement.
  • Quantitativement en appliquant cette constatation Newton a expliqué avec la gravitation, les lois de Képler sur les planètes.
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