Tournez manège

[invite865f8bfa]

Salut à tous,
Je vais faire qqch de très vilain. Je repose une question qui n'a pas eu un large succès (mais elle venait en toute fin d'un post. Le monsieur m'ayant tristement delaissé dans mon obscur pb)
Imaginez que j'ai à dispo une machine qui me permet de mesurer la force d inertie en -mrw² er (quelle chance j'aurai alors !)
Pour cela on utilise un disque ou l'on place un solide qui n'a de liberté que selon la composante radiale; Il va donc suivre le mvt du disque
Je suis assis sur une chaise et je regarde mon collegue faire la manip (= ref galileen pendant le temps de l exp..) là je capte pas !
Je constate que les forces en présence sont :
1-la tension du fil qui empeche le solide de se barrer du disque
2-le poids et la réaction du support
3-les forces de contact entre mon solide et les parois de cotés qui obligent mon solide à tourner avec le disque
QUESTION: Qu 'est ce qui fait que le fil se tend ?
comme je suis dans le ref du labo je ne peux parler des forces d inerties..(j'ai cru comprendre..)
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[obi76]

un ptit schéma, parce qu'entre le bord, toi, la chaise, le fil le disque et l'observateur je comprend plus grand chose moi...

[invite865f8bfa]

En faite tu imagines une bille qui tourne avec un disque type 33 tours mais qui est retenu par un fil par le centre du disque.
Cette bille ne subit aucun frottement (comment elle tourne avec le disque..alors ? héhé c'est justement tout l'interet de la machine..)
La question si tu veux, c 'est:
quand je fais tourner le disque, la bille subit t'elle une force s'entripete dans un ref galileen.
Je comprends pas le pourquoi du comment de cette force mysterieuse..

[sitalgo]

B'jour,

C'est toujours la même chose, un solide en mouvement cherche à maintenir sa direction.

C'est le même cas que si tu es dans une auto et que tu tiens un rail dans lequel il y a une bille, si l'auto tourne à gauche, pour toi la bille va à droite. En fait la bille cherche à aller tout droit.

Sur le tourne-disque la bille. Au départ, poussée par le rail elle prend une direction (perp au rail) mais un dx d'angle plus loin, le rail n'a plus la même orientation, la bille veut aller tout droit et elle se décale donc vers l'extérieur et ainsi de suite.
Pendant le trajet de la bille, on ne peut pas dire qu'il y a force centripète à part des frottements retardateurs, et la bille accélère. Arrivée en butée, le fil exerce une force centripète.

Dans le référentiel du disque, si l'observateur ne ressent pas l'effet centrifuge, le mouvement de la bille est mystérieux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite865f8bfa]

j'ai pas compris ...tu l'orientes dans quelle direction ton rail ?

1-Dans la voiture j'imagine que tu le tiens sur tes 2 genoux..il est perpendiculaire aux deux plans des portes de la voiture c ca ?
Bon... tu tournes legerement à gauche, la bille part à droite car elle continue sur son inertie... C ca? Confirme le moi stp

2- le rail est cette fois si dans la direction radiale ?( la direction d'un rayon du disque )

Je sais que les physiciens aime bien expliquer ces forces d'inerties avec ces histoires de continuer sur l'inertie...moi j'aime moyen..

Ce que je veux savoir :
c'est quelles sont les forces (bilan de force) qui s'applique
1- dans le referentiel qui est lié à la table qui suporte le tourne disque (qui est galileen)
2-le referentiel du tourne disque (qui tourne donc..et qui n'est pas galileen)
Merci a vous

[Deedee81]

Salut,

1-Dans la voiture j'imagine que tu le tiens sur tes 2 genoux..il est perpendiculaire aux deux plans des portes de la voiture c ca ?
Bon... tu tournes legerement à gauche, la bille part à droite car elle continue sur son inertie... C ca? Confirme le moi stp

Oui.

Concernant le reste, je t'assure qu'un petit dessin vaut mieux qu'un long discours. Il y a des choses que je n'arrive pas à voir malgré tes explications. J'ai à peu près l'idée de la réponse (uniquement sous forme de forces) à ta question (sur le fil qui se tend). Mais j'ai peur de dire une bêtise. Alors il faudrait vraiment un petit dessin. Pas besoin d'une épure industrielle, un simple schéma ou tu indiques tout (objet, fil, etc...) est bon.

Juste une remarque "force d'inertie" est une appellation trompeuse. Ce n'est pas une force à proprement parler.

[LPFR]

Bonjour.
Sitalgo a raison. Et Deedee81 aussi: un bon dessin...
Le dispositif mécanique oblige le corps à décrire un mouvement circulaire. Or, pour qu'un corps décrive un mouvement circulaire il faut une accélération centripète. L'accélération est créée par la tension du fil qui donne la force centripète.
Vous n'avez pas besoin de manège pour faire la manip. Il suffit de faire tourner à la main un objet à l'extrémité d'une ficelle. Une fois l'objet en mouvement vous ne bougez plus la main, mais vous continuez à sentir la tension du fil qui assure la force centripète.
Au revoir.

[invite865f8bfa]

Voila...
c tout bete en faite...
C'est le mouvement d'une pierre dans une fronde...

Ce que je veux savoir :
c'est quelles sont les forces (bilan de force) qui s'applique
1- dans le referentiel qui est lié à la table qui suporte le tourne disque (qui est galileen)
2-le referentiel du tourne disque (qui tourne donc..et qui n'est pas galileen)
Merci a vous

[Deedee81]

En attendant la validation de l'image, je peux déjà te dire que les forces dans les deux sont les mêmes mais qu'il y a en plus des forces virtuelles (force centrifuge) dans le repère en rotation.

C'est simplement une force fictive ajoutée pour traiter le repère en rotation "comme s'il n'était pas en rotation".

Bon, à tout de suite

[invite865f8bfa]

Donc les forces inerties on en parle que lorsque mon referentiel est non galileen..
De la même facon, inutile de parler de compostion des accélérations (aa=ar+ae+ac) si je suis dans un réferentiel Galiléen..
C'est ca ? ^^
Dans le cas de la fronde je comprends bien qu'on ait une accélération centripète (c'est la tension qui en est responsable), de la même facon qu'on a une accélération centripète lorsqu'on étudie la rotation de la lune autour de la terre...(c'est la force gravitationnelle)
Par contre avec la rotation du disque..je sens pas cette force qui attire vers le centre..

[LPFR]

Re.

Donc les forces inerties on en parle que lorsque mon referentiel est non galileen..

Oui. Les lois de Newton ne sont applicables que dans des référentiels inertiels ou newtoniens (ou galiléens comme ils viennent d'être rebaptisés). Quand on est dans un référentiel non inertiel, on utilise l'astuce d'introduire des forces d'inertie pour pouvoir continuer à travailler comme si le référentiel était inertiel.

De la même facon, inutile de parler de compostion des accélérations (aa=ar+ae+ac) si je suis dans un réferentiel Galiléen..
C'est ca ? ^^

Même dans un référentiel inertiel, quand il y en a plusieurs accélérations on est parfois obligé de les additionner: par exemple un chariot accéléré subit aussi son poids.

Dans le cas de la fronde je comprends bien qu'on ait une accélération centripète (c'est la tension qui en est responsable), de la même facon qu'on a une accélération centripète lorsqu'on étudie la rotation de la lune autour de la terre...(c'est la force gravitationnelle)
Par contre avec la rotation du disque..je sens pas cette force qui attire vers le centre..

Rien n'attire rien vers le centre du disque si vous avez oublié de l'attacher avec une ficelle ou un autre dispositif.
A+

[invite865f8bfa]

Je suis désolé mais je comprends pas..
Reprenons le schema de tout à l'heure.
Si il n'y pas de fil qui retient ma bille , la bille part...
J'en deduis que j'ai une force centrifuge qui opère..
Comme je l'observe de ma chaise (ref terrestre galileen) je ne peux expliquer cette déviation par l'action d'une quelconque force d'inertie..
Quelle est donc cette force centrifuge ???

[invite865f8bfa]

mince j'ai fait une betise
Un moderateur peur il supprimer ce message ?

[Deedee81]

Ok pour le dessin, c'est comme ça que je le voyais mais je voulais être sur.

Je suis désolé mais je comprends pas..
Reprenons le schema de tout à l'heure.
Si il n'y pas de fil qui retient ma bille , la bille part...
J'en deduis que j'ai une force centrifuge qui opère..
Comme je l'observe de ma chaise (ref terrestre galileen) je ne peux expliquer cette déviation par l'action d'une quelconque force d'inertie..
Quelle est donc cette force centrifuge ???

On va supposer une situation de régime. La bille tourne avec le fil tendu. La bille a donc (situation initiale) une certaine vitesse perpendiculaire au rayon. La mise en marche complique les choses

Forces : Le fil exerce une force radiale sur le pivot central + force en retour.
Le fil exerce une force radiale sur la bille + force en retour (force exercée par la bille sur le fil). La force du fil tirant sur la bille est la force centripète (de même et égale à la force du pivot sur le fil).

Dans le repère en rotation : idem, mais une force (fictive, on dit aussi "virtuelle") en plus, centrifuge, tire sur la bille, vers l'extérieur.

Dans tout repère :
Le fil est tendu par les deux forces exercées par la bille et le pivot sur le fil.

Dans le repère du labo :
Autre manière de le voir :
La bille a une certaine vitesse, perpendiculaire au fil. Et le pivot lui reste immobile. Donc les extrémités du fil s'écartent => il se tend. Cela induit les forces observées dont la force sur la bille => F=ma => accélération centripète qui oblige la bille à tourner.

Notons (c'est important) que l'origine de la force centripète est (chaine causale) :
- due au fait que les extrémités s'écartent (ou devrait le faire)
- le fait que le fil est "rigide" => force la bille à tourner => F=ma => force appliquée par le fil à la bille
- action et réaction
- le fait que le pivot est immobile (donc la force appliquée dessus ne le fait pas bouger)

Tu peux décomposer cette chaine causale en imaginant que le fil est très légèrement détendu et que les tensions mettent un certain temps à se propager (fil "presque" rigide) et en voyant ce qui se passe step by step.

Maintenant si le fil casse. Dans ce cas, plus aucune force n'agit sur la bille. Elle va donc continuer en ligne droite. Et pas à cause de la force centrifuge qui n'existe pas dans ce repère.

Tu disais :

Si il n'y pas de fil qui retient ma bille , la bille part...
J'en deduis que j'ai une force centrifuge qui opère..

Dans le repère du labo (tu parlais de ta chaise).

HEIN !? Donc, pour toi, tout objet qui va en ligne droite le fait à cause d'une force centrifuge ? Tu blagues ?

Le fait que dans un repère inertiel un corps qui ne subit aucune force va tout droit (lois de Newton) tu peux le voir naturellement comme une histoire "d'état" :
- L'état d'un système ne change que si l'on agit dessus (assez naturel)
- Le corps a un certain état = une certaine vitesse
- On n'agit pas dessus => pas de force
- => il va tout droit

Dans le repère tournant

La bille est immobile. L'explication avec les trajectoires de tient pas. Mais on a la force centrifuge : elle tend le fil.

Le fil casse. La force centripète sur la bille n'existe plus et la bille s'éloigne à cause de la force centrifuge.

Notons que cette force centrifuge est purement virtuelle. Elle n'est là que pour "ignorer" volontairement la rotation. Un point immobile dans le repère du labo va être en mouvement ici et on va "l'expliquer" dans ce repère, non par le fait qu'il tourne (ce qui serait logique ) mais par l'existence fictive d'une force (centrifuge, il y a aussi Coriolis).

[LPFR]

Je suis désolé mais je comprends pas..
Reprenons le schema de tout à l'heure.
Si il n'y pas de fil qui retient ma bille , la bille part...
J'en deduis que j'ai une force centrifuge qui opère..
Comme je l'observe de ma chaise (ref terrestre galileen) je ne peux expliquer cette déviation par l'action d'une quelconque force d'inertie..
Quelle est donc cette force centrifuge ???

J'avais oublié d'envoyer cette réponse. Je l'envoie quand même.
Re.
Avec la bille contrainte à se mouvoir uniquement dans la direction du rayon.
Si vous êtes dans le repère du disque, vous verrez la bille "partir" sans aucune raison apparente. Donc vous déduisez qu'un ange la poussée et vous appelez cet ange "force centrifuge".
Si vous êtes sur le repère inertiel, vous voyez le disque se mettre en route, et la bille prendre une trajectoire droite jusque-là sa chute au bord.
A+

[invite865f8bfa]

Merci mille fois deedee81
Ton explication est tres precise et je pense avoir compris le pourquoi du comment:

On va supposer une situation de régime. La bille tourne avec le fil tendu. La bille a donc (situation initiale) une certaine vitesse perpendiculaire au rayon. La mise en marche complique les choses

En faite je crois que tout mon problème vient de là..

J'ai confondu la situation de mise en mvt de la bille initialement immobille et la situation permanente ou la bille tourne depuis 4 minutes..

Les explications que tu m'as données me semble claires..mais je fais pas encore le malin avec toutes ces notions..
Je vais y réflechir à tete reposé, a priori je t'embeterai plus avec ca..Je pense avoir compris..

Juste une chose..
Quelles sont les forces en présence avant que le fil ne se tende...c'est à dire lorsque je mets le disque en marche et que la bille est proche du centre du disque..??

[invite865f8bfa]

oui je comprends
Mon mouvement est rectiligne uniforme si aucune force agit sur mon systeme dans une ref galileen (2eme loi de newton)
Lorque le fil retient la bille, j'explique la trajectoire par le fait que la force de tension opère !
Lorsque je la coupe, il n'y a pas de force qui agisse mais mon systeme possède une vitesse non nulle (il n'est pas immobile..) il va donc (cf ref galileen 2 eme loi de newton) partir en translation rectiligne uniforme..
Comme ma vitesse était tangente, le système prend la tangente ^^
J'ai bon ?
Merci a toi

[LPFR]

Si vous êtes sur le repère inertiel, vous voyez le disque se mettre en route, et la bille prendre une trajectoire droite jusque-là sa chute au bord.
A+

Re.
À la réflexion, je m'aperçois que ce que j'ai dit n'est pas exact.
J'ai dit que la bille prenait une trajectoire droite. En fait elle n'est pas tout à fait droite.
Si l'on part de la situation de votre dessin du message #8, au départ la force que le rayon exerce sur la bille est vertical. Mais quand la bille aura avancé vers le haut, le rayon qui la pousse sera incliné et la force qu'il exerce sera inclinée vers la droite. La bille subira donc, en plus de la force verticale, une composante vers la droite, et la trajectoire sera un peu courbe.
Peut-être qu'en partant près du centre, la trajectoire ressemblera plutôt à une spirale.
A+

[obi76]

En partant du centre elle décrit une trajectoire ressemblant à une parabole si je me rappelle bien (je ne me souviens plus du type exact de la trajectoire, je vais rechercher ça cet après midi).

[Deedee81]

Juste une chose..
Quelles sont les forces en présence avant que le fil ne se tende...c'est à dire lorsque je mets le disque en marche et que la bille est proche du centre du disque..??

Aucune ! En fait, il y a des forces de frottements. Celles-ci seront perpendiculaires au rayon et vont donc progressivement entraîner la bille. Comme la force change constamment de direction, ça donne une trajectoire compliquée. Une parabole ? J'ai quelques doutes (ce serait trop simple , une chonchoïde plutôt... mais laquelle ????). Je vais laisser orbi76 chercher ça

En l'absence totale de frottement, le disque tournerait sans que la bille ne bouge d'un iota. Si tu as du superfluide sous la main tu peux faire l'expérience

Dans le repère en rotation, elle ne serait pas immobile, elle parcourt un cercle, et pas "vers l'extérieur". Cette fois, la force virtuelle responsable est Coriolis ! Vaut mieux rester dans le repère du labo, c'est plus simple

[invite865f8bfa]

Merci pour toutes ces précisions.a+

[obi76]

Une parabole ? J'ai quelques doutes (ce serait trop simple , une chonchoïde plutôt... mais laquelle ????). Je vais laisser obi76 chercher ça

On avait tout les 2 tort, c'est une spirale

http://claude.pastre.free.fr/coriolis.html

(obi76 stp ^^ )