La force centrifuge est omniprésente dans notre vie quotidienne, mais est-ce ce que nous pensons qu'elle est?
Nous en faisons l'expérience lorsque nous tournons un virage dans une voiture ou lorsqu'un avion s'incline dans un virage. Nous le voyons dans le cycle d'essorage d'une machine à laver ou lorsque les enfants montent sur un manège. Un jour, il pourrait même fournir une gravité artificielle aux vaisseaux spatiaux et aux stations spatiales.
Mais la force centrifuge est souvent confondue avec sa contrepartie, la force centripète, car elles sont si étroitement liées - essentiellement les deux faces d'une même pièce.
La force centripète est définie comme «la force nécessaire pour maintenir un objet en mouvement sur une trajectoire courbe et qui est dirigée vers l'intérieur vers le centre de rotation», tandis que la force centrifuge est définie comme «la force apparente ressentie par un objet en mouvement dans un chemin incurvé qui agit extérieurement loin du centre de rotation ", selon Merriam Webster Dictionary.
Notez que si la force centripète est une force réelle, la force centrifuge est définie comme une force apparente. En d'autres termes, lors du tourbillon d'une masse sur une corde, la corde exerce une force centripète vers l'intérieur sur la masse, tandis que la masse semble exercer une force centrifuge vers l'extérieur sur la corde.
"La différence entre la force centripète et la force centrifuge est liée à différents" cadres de référence ", c'est-à-dire différents points de vue à partir desquels vous mesurez quelque chose", a déclaré Andrew A. Ganse, physicien de recherche à l'Université de Washington. "La force centripète et la force centrifuge sont vraiment la même force exacte, juste dans des directions opposées car elles proviennent de différents référentiels."
Si vous observez un système rotatif de l'extérieur, vous voyez une force centripète vers l'intérieur agissant pour contraindre le corps rotatif à une trajectoire circulaire. Cependant, si vous faites partie du système rotatif, vous ressentez une force centrifuge apparente qui vous éloigne du centre du cercle, même si ce que vous ressentez est la force centripète intérieure qui vous empêche de littéralement exploser sur une tangente. .
Les forces obéissent aux lois du mouvement de Newton
Cette force extérieure apparente est décrite par les lois du mouvement de Newton. La première loi de Newton stipule qu '"un corps au repos restera au repos et un corps en mouvement restera en mouvement à moins qu'il ne soit soumis à une force extérieure".
Si un corps massif se déplace dans l'espace en ligne droite, son inertie le fera continuer en ligne droite à moins qu'une force extérieure ne le fasse accélérer, ralentir ou changer de direction. Pour qu'il puisse suivre une trajectoire circulaire sans changer de vitesse, une force centripète continue doit être appliquée à angle droit par rapport à sa trajectoire. Le rayon (r) de ce cercle est égal à la masse (m) multipliée par le carré de la vitesse (v) divisée par la force centripète (F), ou r = mv ^ 2 / F. La force peut être calculée en réarrangeant simplement l'équation, F = mv ^ 2 / r.
La troisième loi de Newton stipule que "pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée". Tout comme la gravité vous oblige à exercer une force sur le sol, le sol semble exercer une force égale et opposée sur vos pieds. Lorsque vous êtes dans une voiture en accélération, le siège exerce une force vers l'avant sur vous tout comme vous semblez exercer une force vers l'arrière sur le siège.
Dans le cas d'un système rotatif, la force centripète tire la masse vers l'intérieur pour suivre un chemin incurvé, tandis que la masse semble pousser vers l'extérieur en raison de son inertie. Dans chacun de ces cas, cependant, il n'y a qu'une seule force réelle appliquée, tandis que l'autre n'est qu'une force apparente.
Exemples de force centripète en action
Il existe de nombreuses applications qui exploitent la force centripète. L'une consiste à simuler l'accélération d'un lancement spatial pour la formation des astronautes. Lorsqu'une fusée est lancée pour la première fois, elle est tellement chargée de carburant et d'oxydant qu'elle peut à peine bouger. Cependant, à mesure qu'il monte, il brûle du carburant à un rythme énorme, perdant continuellement de la masse. La deuxième loi de Newton stipule que la force est égale à la masse multipliée par l'accélération, ou F = ma.
Dans la plupart des situations, la masse reste constante. Avec une fusée, cependant, sa masse change radicalement, tandis que la force, dans ce cas la poussée des moteurs de fusée, reste presque constante. Cela fait que l'accélération vers la fin de la phase de boost augmente jusqu'à plusieurs fois celle de la gravité normale. La NASA utilise de grandes centrifugeuses pour préparer les astronautes à cette accélération extrême. Dans cette application, la force centripète est fournie par le dossier du siège poussant vers l'intérieur sur l'astronaute.
Un autre exemple d'application de la force centripète est la centrifugeuse de laboratoire, qui est utilisée pour accélérer la précipitation des particules en suspension dans le liquide. Une utilisation courante de cette technologie est la préparation d'échantillons de sang pour analyse. Selon le site Web Experimental Biosciences de l'Université Rice, "La structure unique du sang facilite la séparation des globules rouges du plasma et des autres éléments formés par centrifugation différentielle."
Sous la force de gravité normale, le mouvement thermique provoque un mélange continu qui empêche les cellules sanguines de se déposer sur un échantillon de sang total. Cependant, une centrifugeuse typique peut atteindre des accélérations 600 à 2 000 fois supérieures à la gravité normale. Cela oblige les lourds globules rouges à se déposer au fond et stratifie les différents composants de la solution en couches en fonction de leur densité.
Cet article a été mis à jour le 10 mai 2019 par Jennifer Leman, collaboratrice de Live Science.
