Force centrifuge et référentiel galiléen

[Seirios]

Bonjour à tous,

En faisant le bilan des forces qui agissent sur une personne prisonière d'un cylindre en rotation rapide, dans un référentiel galiléen extérieur, on peut remarquer qu'il n'y a pas de force qui tend la personne à rester dans la périphérie du cylindre.

Pourtant, on sait bien que si l'on se place dans le référentiel de la personne en question, on "ressent" une force centrifuge, une force qui nous tire vers l'extérieur, un peu comme dans un panier à salade

D'après ce que j'ai lu, cette "illusion" serait due au fait que la personne se trouve dans un référentiel non-galiléen.

Quelqu'un pourrait-il m'en dire plus ?

Merci d'avance
Phys2
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[invitec053041c]

Oui c'est une simple illusion qui vient du principe d'inertie.
Lorsque tu es dans une voiture qui fait un virage serré, tu as tendance à partir en ligne droite, mais le référentiel qui est autour de toi ne suis pas cette ligne droite, donc tu as l'impression de te plaquer contre la portière, alors que c'est en quelque sorte la portière qui se plaque contre toi . Notre cerveau a tendance à rendre fixe le référentiel dans lequel nous sommes (voiture par exemple),d'où l'impression d'éjection.

[invite88ef51f0]

Salut,
D'ailleurs, on peut très bien faire l'étude dans le référentiel non-galiléen. Mais le fait qu'il soit non-galiléen oblige à prendre en compte des forces fictives (force d'intertie d'entraînement (plus connue sous le nom de force centrifuge), force de Coriolis).

[Seirios]

force d'intertie d'entraînement (plus connue sous le nom de force centrifuge)

Je connaissais effectivement le terme de force d'inertie d'entraînement mais je ne savais pas que c'était également la force centrifuge

En tout cas merci à tous les deux

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite88ef51f0]

Disons que si tout le monde utilise le terme de "force centrifuge", les physiciens parlent plutôt de "force d'inertie d'entraînement", une "force centrifuge" étant comme son nom l'indique une force dirigée radialement vers l'extérieur. La force d'inertie d'entraînement est centrifuge dans le cas d'un mouvement circulaire à vitesse constante, mais ce n'est pas toujours le cas.

[mbochud]

Bonjour,
Et la force réelle (qui n’est pas virtuelle) est celle qui tire vers le centre de rotation se nomme force centripète.

[invite635a16d2]

Je comprend pas votre notion de force fictive ....

La force centrifuge est purement mathématique alors ? Et (si je peux le dire comme ça ) la salade reste collé au panier juste à caus de la vitesse initiale qui est tangenante à la trajectoire imposé au panier ?

[invite88ef51f0]

Elle est fictive dans le sens où elle dépend du référentiel. Soit tu te mets dans le référentiel de la cusine et il n'y a pas de force centrifuge, c'est simplement l'inertie qui colle ta salade contre le bord ; soit tu te mets dans le référentiel du panier et tu dois alors invoquer une force supplémentaire pour palier le fait que ton référentiel n'est pas galiléen.

[invité576543]

Et (si je peux le dire comme ça ) la salade reste collé au panier juste à caus de la vitesse initiale qui est tangenante à la trajectoire imposé au panier ?

Pas vraiment. Elle reste collée au panier parce qu'à tout moment elle "veut" garder la vitesse qu'elle a à ce moment dans un référentiel galiléen; or la vitesse du point de la paroi à laquelle elle est collée change continuellement (un objet qui suit une trajectoire circulaire à une vitesse angulaire constante a bien une vitesse de module constant, mais de direction changeante: la vitesse vectorielle change bien).

La salade "cogne" continuellement sur la paroi parce que la paroi est un obstacle sur la trajectoire "naturelle" de la salade (qui est une translation à vitesse constante dans un référentiel galiléen).

Prend le jet d'une pierre par une fronde: au moment où tu enlève l'obstacle, la pierre suit sa trajectoire "naturelle": elle part tangentiellement. Avant, elle butait sur l'obstacle...

Cordialement,

[invitec053041c]

Pour résumer ce qui a très bien été expliqué:
Lorsque tu te places dans un référentiel galiléen, pas de problème, tu tiens compte des forces qui agissent réellement sur ce que tu considères (poids, tension, force de coulomb...).
Mais tu as le droit d'étudier ton système dans un référentiel non galiléen (référentiel tournant par exemple...), mais dans ce cas là, les lois de Newton habituelles ne sont pas appliquables telles quel , sauf si tu tiens compte des forces fictives. Alors, en tenant compte des forces réelles (poids...) et fictives (centrifuge...), tu pourras utiliser les lois de Newton dans ce référentiel non galiléen!

[invite4251c47f]

Oui c'est une simple illusion qui vient du principe d'inertie.
Lorsque tu es dans une voiture qui fait un virage serré, tu as tendance à partir en ligne droite, mais le référentiel qui est autour de toi ne suis pas cette ligne droite, donc tu as l'impression de te plaquer contre la portière, alors que c'est en quelque sorte la portière qui se plaque contre toi . Notre cerveau a tendance à rendre fixe le référentiel dans lequel nous sommes (voiture par exemple),d'où l'impression d'éjection.

Le plus curieux c'est qu'une fronde peut casser à cause d'une force virtuelle et le résultat est bien visible depuis le référentiel galiléen.

Le fil empêche la pierre de suivre la ligne droite par une force centripète donc il y a une force centrifuge bien réelle car les forces vont toujours par deux.

L'astuce c'est qu'elle disparait dès que la centripète disparait d'où départ sur la tangente après rupture.

Ces forces "virtuelles" dites cette fois de Coriolis (forces d'entrainement complémentaires) sont même capables de tenir en l'air des toupies ou d'accélérer une patineuse qui tournant sur elle même rapproche ses bras. Donc la virtualité de ces forces est toute relative car sans elles pas de conservation de l'énergie.

[invite635a16d2]

C'est ça qui me perturbe en fait !!! Que la fronde puisse casser "à cause de la force centrifuge" !!! Le reste je sais faire je m'en sers souvent mais physique ment j'ai du mal !!

La salade au fond du panier veut suivre sa trajectoire et donc elle a une force centrifuge et le panier lui applique une force centripète ... elle crée donc une force sur le panier qui pourrait le trouer ... c'est ça l'astuce ?

Le truc c'est qu'elle est en contact avec le panier donc il y a bien quelque chose qui la tiens mais c'est juste de l'inertie ?

[invitec053041c]

Il faut faire attention. On introduit des forces dites fictives quand on étudie un système dans un référentiel NON GALILEEN, par exemple le référentiel lié au fil qui tourne.
Mais si tu étudies ta salade dans le référentiel de la cuisine (supposé galiléen, j'espère du moins ), alors tu n'introduiras aucune force fictive, mais ça sera plus difficile à étudier.

[mbochud]

Le plus curieux c'est qu'une fronde peut casser à cause d'une force virtuelle

Bonjour,

Non , tu oublie que c’est le travail de tes muscles qui ont transféré cette énergie en énergie potentielle de l’élastique qui c’est transformé en énergie cinétique qui a cassé la vitre. Ne rejette pas la faute sur une force virtuelle qui n’en peut rien.

[invité576543]

Le plus curieux c'est qu'une fronde peut casser à cause d'une force virtuelle et le résultat est bien visible depuis le référentiel galiléen.

Difficile, parce que dans le référentiel galiléen il n'y a de ces "forces virtuelles". On contraire, on réalise que dans le repère galiléen c'est bien la force exercée pour accélérer quelque chose qui est la "cause" de la rupture.

Une fronde qui casse est la même chose que la rupture d'une ficelle que tu attaches à une voiture et sur laquelle tu tires de toutes tes forces pour faire bouger (accélérer) la voiture: c'est bien la tension que tu donnes à la ficelle qui peut être invoquée comme "force". L'inertie de la voiture est d'une autre nature.

Le fil empêche la pierre de suivre la ligne droite par une force centripète donc il y a une force centrifuge bien réelle car les forces vont toujours par deux.

Oui les forces vont par deux, mais l'appairement n'est pas celui que tu sembles impliquer. Une pierre dans une poche de fronde exerce une force sur la poche, et la poche exerce la force opposée sur la pierre. Ce sont deux forces de contact, aucune ne correspond à la "force d'entraînement centrifuge".

L'astuce c'est qu'elle disparait dès que la centripète disparait d'où départ sur la tangente après rupture.

Les forces de contact disparaissent tout simplement quand le contact disparaît!

Donc la virtualité de ces forces est toute relative car sans elles pas de conservation de l'énergie.

La notion de force est liée à la notion de conservation de mouvement, et pas à celle de l'énergie (du moins pas directement). Ensuite, la conservation de la quantité de mouvement n'a de sens que dans un référentiel galiléen. Or, dans un repère galiléen les forces d'entraînement sont nulles, et il faut bien alors expliquer la notion de conservation de la quantité de mouvement. L'introduction des forces d'entraînement peut être vu comme une "astuce" pour restaurer une semblance de conservation de la quantité de mouvement dans un référentiel non galiléen.

Cordialement,

[invitefa5fd80c]

Le plus curieux c'est qu'une fronde peut casser à cause d'une force virtuelle et le résultat est bien visible depuis le référentiel galiléen.

Il ne faut pas oublier la troisième loi de Newton, la loi de l'action et de la réaction: si un objet A exerce une force sur un objet B alors l'objet B exerce une force de grandeur égale et de direction opposée sur l'objet A. Ici, étant donné que la fronde exerce une force (réelle) sur la pierre, alors la pierre exerce une force (réelle) d'intensité égale mais de direction opposée sur la fronde.

[invite5456133e]

Ensuite, la conservation de la quantité de mouvement n'a de sens que dans un référentiel galiléen.

Je me souviens (vaguement) de mes cours de terminale où il n'était pas questionde référentiel galiléen mais bien de quantité de mouvement, de force centrifuge dans le repère lié à la fronde et de force centripète dans le repère du lanceur (égale et opposée à la force centrifuge) pour expliquer le mouvement de la pierre dans ce référentiel.

[invite3ea95b62]

Je comprend pas votre notion de force fictive ....

Rappelons qu'une force est le résultat d'une intéraction fondamentale, qui résulte d'un échange de boson.
Leur valeur est indépendante du référentiel.

Ce n'est pas le cas de la force d'inertie d'entrainement. Ainsi, on la fait apparaitre artificiellement si on décide de travailler dans un référentiel non galiléen (RNG), ou bien l'écriture du PFD la fait apparaitre (mais à "droite" du signe égal, du côté des quantités d'accélération) par le calcul lors de la dérivation de vecteurs si on travaille en RG.

[invité576543]

Je me souviens (vaguement) de mes cours de terminale où il n'était pas questionde référentiel galiléen mais bien de quantité de mouvement, de force centrifuge dans le repère lié à la fronde et de force centripète dans le repère du lanceur (égale et opposée à la force centrifuge) pour expliquer le mouvement de la pierre dans ce référentiel.

Dans un référentiel tournant par rapport à un référentiel galiléen, un objet (hypothétique) libre de toute interaction peut voir sa vitesse changer en permanence. Sa quantité de mouvement n'est pas conservée. Tu m'expliqueras alors où se compense ces changements, puisque par hypothèse il n'a pas d'interaction avec quoi que ce soit d'autre.

C'est une simple question de définition, d'ailleurs. Un référentiel galiléen est défini comme un référentiel dans lequel il y a conservation de la quantité de mouvement. Ce qui implique qu'un objet libre de toute interaction y a une quantité de mouvement constante, donc une vitesse vectorielle constante.

Cordialement,