Force centripète et force centrifuge

[invite87420132543]

Bonjour,

Ma (ou mes) question concerne la force centripète et la force centrifuge.

Pourquoi sur wikipedia dit on que la force centrifuge n'est pas la réaction à la force centripète ?

Idées fausses

* la force centrifuge est la réaction à la force centripète.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_c...3.A9es_fausses

Est ce dû au fait que pour ces deux forces nous ne nous plaçons pas dans le même référentiel ? (Référentiel inertiel pour la force centripète et référentiel non inertiel pour la force centrifuge)
Par ce qu'il existe tout de même un lien entre ces deux forces ?

Quel est la réaction à la force centripète dans ce cas ?
Par exemple pour le couple terre/soleil.
Est ce la force partant du soleil et dirigé vers la terre ?

Merci à tous ceux qui voudront bien éclairer ma lanterne.
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[invite87420132543]

OK, je crois avoir compris... Dans le référentiel non inertiel dans lequel apparaît la force centrifuge, la force centripète n'existe pas.... donc impossibilité que l'une soit la réaction de l'autre.

[Amanuensis]

OK, je crois avoir compris... Dans le référentiel non inertiel dans lequel apparaît la force centrifuge, la force centripète n'existe pas.... donc impossibilité que l'une soit la réaction de l'autre.

C'est le contraire. L'accélération d'entraînement centrifuge n'apparaît que dans un référentiel non inertiel. La force centripète apparaît dans tous les référentiels.

Du coup, dans un référentiel inertiel, il y a seulement la force centripète, et pas d'accélération centrifuge.

Par exemple pour le couple terre/soleil.
Est ce la force partant du soleil et dirigé vers la terre ?

Si on se met dans le référentiel inertiel héliocentrique, la seule force qui s'exerce sur la Terre est l'attraction gravitationnelle, centripète. Rien n'équilibre cette force, la Terre est donc en mouvement, et ce mouvement est une révolution autour du Soleil.

[invite21348749873]

C'est le contraire. L'accélération d'entraînement centrifuge n'apparaît que dans un référentiel non inertiel. La force centripète apparaît dans tous les référentiels.

Du coup, dans un référentiel inertiel, il y a seulement la force centripète, et pas d'accélération centrifuge.



Si on se met dans le référentiel inertiel héliocentrique, la seule force qui s'exerce sur la Terre est l'attraction gravitationnelle, centripète. Rien n'équilibre cette force, la Terre est donc en mouvement, et ce mouvement est une révolution autour du Soleil.

Bonjour
A la condition qu'on lui ait communiqué une vitesse initiale tangentielle; sinon, elle irait s'écraser tout droit sur le soleil.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

A la condition qu'on lui ait communiqué une vitesse initiale tangentielle; sinon, elle irait s'écraser tout droit sur le soleil.

Je parlais de la Terre, T majuscule, l'unique, celle que je connais.

[stefjm]

Si on se met dans le référentiel inertiel héliocentrique, la seule force qui s'exerce sur la Terre est l'attraction gravitationnelle, centripète. Rien n'équilibre cette force, la Terre est donc en mouvement, et ce mouvement est une révolution autour du Soleil.

Salut,
En mouvement non inertiel. (C'est évident sans l'être... )

[Amanuensis]

Salut,
En mouvement non inertiel. (C'est évident sans l'être... )

Non uniforme, oui, j'aurais dû préciser, tu as raison !

(Je préfère l'adjectif "uniforme" ici, parce que "mouvement inertiel" peut aussi être compris comme "en chute libre", dans un autre contexte.)

[Geo77]

Je crois qu'il faut distinguer 2 cas.
Celui de du couple terre/soleil par exemple, ou la force gravitationnelle est égale à la force centrifuge (enfin ce serait le cas si la trajectoire était circulaire, pour les ellipse il faut tenir compte des changements de vitesse)
Et celui d'une balle accrochée par un fil et tournant autour d'un axe. Dans ce cas c'est la force centripète qui est la réaction à la force centrifuge. La force centripète est exercée par le fil sur la balle pour la maintenir en rotation sur la trajectoire spécifiée. Si la force centrifuge disparait, la force centripète disparait également.

[Amanuensis]

Je crois qu'il faut distinguer 2 cas.
Celui de du couple terre/soleil par exemple, ou la force gravitationnelle est égale à la force centrifuge (enfin ce serait le cas si la trajectoire était circulaire, pour les ellipse il faut tenir compte des changements de vitesse)
Et celui d'une balle accrochée par un fil et tournant autour d'un axe. Dans ce cas c'est la force centripète qui est la réaction à la force centrifuge. La force centripète est exercée par le fil sur la balle pour la maintenir en rotation sur la trajectoire spécifiée. Si la force centrifuge disparait, la force centripète disparait également.

Non, non. Les deux cas sont identiques.

La différence n'est pas "physique", elle est mentale : dans le premier on voit la gravitation (force centripète) comme "cause" du mouvement circulaire, et dans le second on voit le mouvement en rotation comme "cause" de la force centripète. Mais ce ne sont que des interprétations : à bien regarder il n'y a pas de "cause" une fois le système en mouvement cyclique.

Dans le second cas, on peut décomposer autrement, et là la remarque d'Arcole prend tout son sens. 1) On donne une impulsion de vitesse à la balle, ce qui fait que son "mouvement naturel" est un mouvement uniforme, la balle va s'éloigner, 2) la ficelle tire la balle (force centripète), ce qui force la balle à suivre un mouvement circulaire : la description devient identique au cas de la Terre.

[Geo77]

Non, non. Les deux cas sont identiques.

La différence n'est pas "physique", elle est mentale : dans le premier on voit la gravitation (force centripète) comme "cause" du mouvement circulaire, et dans le second on voit le mouvement en rotation comme "cause" de la force centripète. Mais ce ne sont que des interprétations : à bien regarder il n'y a pas de "cause" une fois le système en mouvement cyclique.

Dans le second cas, on peut décomposer autrement, et là la remarque d'Arcole prend tout son sens. 1) On donne une impulsion de vitesse à la balle, ce qui fait que son "mouvement naturel" est un mouvement uniforme, la balle va s'éloigner, 2) la ficelle tire la balle (force centripète), ce qui force la balle à suivre un mouvement circulaire : la description devient identique au cas de la Terre.

On peut toujours décomposer autrement, par exemple, on pose une masse de 50 kg sur le sol, on peut dire que puisque le sol pousse sur la masse avec une force de 50 kg, la masse exerce en réaction une force de 50 kg sur le sol.
La ficelle ne sait pas avec quelle force elle doit tirer sur la balle, elle s'allonge jusqu'à ce les forces internes s'équilibrent en réaction avec la force centrifuge correspondant à la trajectoire imposée.
Pour le cas de la terre, si on supprime la force centrifuge (trajectoire rectiligne), la force de gravitation reste identique.

[Amanuensis]

On peut toujours décomposer autrement, par exemple, on pose une masse de 50 kg sur le sol, on peut dire que puisque le sol pousse sur la masse avec une force de 50 kg, la masse exerce en réaction une force de 50 kg sur le sol.

Dans ce cas-là il n'y a aucun problème (en méca classique) : il n'y a pas d'accélération d'entraînement qui intervient explicitement dans la description. C'est un usage correct de la loi d'action et réaction.

Le parallèle est alors comme suit : la force exercée par le Soleil sur la Terre (ou par la Terre sur la masse de 50 kg) a bien en correspondance une réaction : l'attraction gravitationnelle de la Terre sur le Soleil (ou de la masse de 50 kg sur la Terre).

La ficelle ne sait pas avec quelle force elle doit tirer sur la balle, elle s'allonge jusqu'à ce les forces internes s'équilibrent en réaction avec la force centrifuge correspondant à la trajectoire imposée.
Pour le cas de la terre, si on supprime la force centrifuge (trajectoire rectiligne), la force de gravitation reste identique.

Là, par contre, on repart dans les "interprétations causales".

[invite21348749873]

Non, non. Les deux cas sont identiques.

La différence n'est pas "physique", elle est mentale : dans le premier on voit la gravitation (force centripète) comme "cause" du mouvement circulaire, et dans le second on voit le mouvement en rotation comme "cause" de la force centripète. Mais ce ne sont que des interprétations : à bien regarder il n'y a pas de "cause" une fois le système en mouvement cyclique.

Dans le second cas, on peut décomposer autrement, et là la remarque d'Arcole prend tout son sens. 1) On donne une impulsion de vitesse à la balle, ce qui fait que son "mouvement naturel" est un mouvement uniforme, la balle va s'éloigner, 2) la ficelle tire la balle (force centripète), ce qui force la balle à suivre un mouvement circulaire : la description devient identique au cas de la Terre.

Cette discussion dure depuis des dizaines et des dizaines d'années ; force centifuge réelle ou fictive?
Dans le réferentiel tournant, si vous etes assis sur un siége fixé sur une glissiére radiale avec une butée fixe sur le plateau tournant et un ressort entre le siege et la butée, vous allez constater qu'en rotation,le ressort se comprime.
Vous devez admettre que dans votre referentiel, une force dirigée vers l'exterieur comprime le ressort; si vous mesurez de combien le ressort est comprimé, et connaissant sa raideur, vous pourrez calculer cette force, et vous la trouverez égale en module à la force centripète qui vous tire vers le centre.
Je ne vois pas ou est la difficulté de dire que le ressort, comprimé par la force centrifuge, pousse le siège vers le centre , provoquant la rotation, dans le réferentiel tournant.

[Amanuensis]

Cette discussion dure depuis des dizaines et des dizaines d'années ; force centifuge réelle ou fictive?

Pas le même débat. "réelle ou fictive", c'est une question d'ontologie, de philo.

Que la "force centrifuge" soit un terme d'accélération d'entraînement en mécanique classique est un fait.

Qu'il n'y ait pas d'accélération d'entraînement dans un référentiel inertiel en mécanique classique est aussi un fait.

Que la force électro-statique par exemple soit conservée par un changement de référentiel quelconque, toujours en mécanique classique, est encore un fait.

Ce sont des faits portant sur les modèles, pas sur la "réalité".

Dans le réferentiel tournant, si vous etes assis sur un siége fixé sur une glissiére radiale avec une butée fixe sur le plateau tournant et un ressort entre le siege et la butée, vous allez constater qu'en rotation,le ressort se comprime.
Vous devez admettre que dans votre referentiel, une force dirigée vers l'exterieur comprime le ressort; si vous mesurez de combien le ressort est comprimé, et connaissant sa raideur, vous pourrez calculer cette force, et vous la trouverez égale en module à la force centripète qui vous tire vers le centre.

Aucun problème avec cela.

Je ne vois pas ou est la difficulté de dire que le ressort, comprimé par la force centrifuge, pousse le siège vers le centre , provoquant la rotation, dans le réferentiel tournant.

Ca, c'est ce que j'appelle "l'interprétation causale" (ici évidente avec le mot "provoquant"). Il n'y a pas de difficulté avec cette interprétation. Mais comme souvent, ce n'est pas la seule.

Et vous n'avez pas employé le mot "réaction", ce qui fait que le risque de confusion que je mentionnais n'apparaît pas dans cette interprétation.

[Amanuensis]

Le point important est que, en mécanique classique (je ne préciserai plus, c'est implicite), dans un référentiel inertiel toutes les forces sont appairées : si un point matériel A exerce une force F sur un point matériel B, alors le point matériel B exerce une force -F sur le point matériel A. (Et en plus elles sont colinéaires à AB.)

Quand on fait les transformations pour utiliser comme coordonnées celles d'un référentiel non inertiel, les formules de changement de référentiel pour l'accélération font apparaître des termes supplémentaires, d'accélération d'entraînement, qui, interprétés comme force, introduisent des forces non appairées. Et les forces appairées, celles dans le référentiel inertiel, ne sont pas touchées, et donc restent appairées. Elles ne peuvent pas être la réaction de, ou avoir comme réaction, autre chose que ce qu'elles ont dans le référentiel inertiel.

L'apparition d'accélérations d'entraînement est la conséquence mathématique d'un changement de référentiel autre que galiléen, et n'a rien à voir avec les forces apparaissant dans un référentiel inertiel.

La force centrifuge est un terme venant de l'accélération d'entraînement. Elle n'a pas de réaction, et n'est la réaction de rien. Les forces appairées l'étant, la force centrifuge ne pourrait être que la réaction d'une autre force d'entraînement, et ce n'est pas le cas.

[invite21348749873]

Le point important est que, en mécanique classique (je ne préciserai plus, c'est implicite), dans un référentiel inertiel toutes les forces sont appairées : si un point matériel A exerce une force F sur un point matériel B, alors le point matériel B exerce une force -F sur le point matériel A. (Et en plus elles sont colinéaires à AB.)

Quand on fait les transformations pour utiliser comme coordonnées celles d'un référentiel non inertiel, les formules de changement de référentiel pour l'accélération font apparaître des termes supplémentaires, d'accélération d'entraînement, qui, interprétés comme force, introduisent des forces non appairées. Et les forces appairées, celles dans le référentiel inertiel, ne sont pas touchées, et donc restent appairées. Elles ne peuvent pas être la réaction de, ou avoir comme réaction, autre chose que ce qu'elles ont dans le référentiel inertiel.

L'apparition d'accélérations d'entraînement est la conséquence mathématique d'un changement de référentiel autre que galiléen, et n'a rien à voir avec les forces apparaissant dans un référentiel inertiel.

La force centrifuge est un terme venant de l'accélération d'entraînement. Elle n'a pas de réaction, et n'est la réaction de rien. Les forces appairées l'étant, la force centrifuge ne pourrait être que la réaction d'une autre force d'entraînement, et ce n'est pas le cas.

Le troisieme principe de Newton (action =réaction, en module) n'est il valable que dans un repère inertiel?

[Amanuensis]

Le troisième principe de Newton (action =réaction, en module) n'est il valable que dans un repère inertiel?

Oui, ce qui est normal puisqu'il est lié à la conservation de la quantité de mouvement.

Qu'est-ce qui pourrait faire penser le contraire ? Un contre-exemple ?

(D'ailleurs, pour moi, ce qui caractérise un référentiel inertiel, c'est bien la troisième loi --plus la 3bis, celle liée à la conservation du moment cinétique--. Les 1ère et 2ème loi sont valables en référentiel non inertiel, si on inclut les "forces d'entraînement".)

[invite21348749873]

Oui, ce qui est normal puisqu'il est lié à la conservation de la quantité de mouvement.

Qu'est-ce qui pourrait faire penser le contraire ? Un contre-exemple ?

(D'ailleurs, pour moi, ce qui caractérise un référentiel inertiel, c'est bien la troisième loi --plus la 3bis, celle liée à la conservation du moment cinétique--. Les 1ère et 2ème loi sont valables en référentiel non inertiel, si on inclut les "forces d'entraînement".)

Si on inclus les forces d'inertie , les trois principes restent donc valables?

[LPFR]

Bonjour.
J'arrive un peu tard.
Les lois de Newton ne sont valables que dans des référentiels inertiels = newtoniens= galiléens.
Si on veut pouvoir utiliser les lois de Newton dans un repère non inertiel, on est obligé d'ajouter des "forces d'inertie", qui sont des "forces fictives", comme la force centrifuge.

Par contre, quand la force centrifuge me pousse contre la portière de la voiture, la réaction à cette force est celle que la portière exerce sur moi.
Au revoir.

[invite21348749873]

Bonjour.
J'arrive un peu tard.
Les lois de Newton ne sont valables que dans des référentiels inertiels = newtoniens= galiléens.
Si on veut pouvoir utiliser les lois de Newton dans un repère non inertiel, on est obligé d'ajouter des "forces d'inertie", qui sont des "forces fictives", comme la force centrifuge.

Par contre, quand la force centrifuge me pousse contre la portière de la voiture, la réaction à cette force est celle que la portière exerce sur moi.
Au revoir.

"Force que cette derniere exerce sur moi" et qui provoque mon mouvement de rotation.
Nous sommes d'accords

[LPFR]

"Force que cette derniere exerce sur moi" et qui provoque mon mouvement de rotation.
Nous sommes d'accords

Re.
Non.
Vous êtes en train de mélanger ce qui est vu par un observateur sur la route (système inertiel) et un autre dans la voiture et qui essaie d'expliquer les choses avec les "Lois de Newton".
Pour l'observateur dans la voiture, c'est parce que la voiture tourne qu'une force apparaît et qui le plaque contre la portière. Ou qu'une autre apparaît, qui le plaque contre le dossier de son siège quand la voiture accélère.

Il faut se décider à partir de quel système on raisonne et s'y tenir sans les mélanger.
A+

[Geo77]

Par contre, quand la force centrifuge me pousse contre la portière de la voiture, la réaction à cette force est celle que la portière exerce sur moi.
Au revoir.

Ca alors. Ne retrouve-t'on pas le problême de la balle et de la ficelle ?
Il paraît que c'est de l'interprétation causale.
N'est-ce pas vous qui exercez une force de réaction pour essayer d'empêcher la voiture de tourner ?

[invite6754323456711]

N'est-ce pas vous qui exercez une force de réaction pour essayer d'empêcher la voiture de tourner ?

Toute la difficulté est, me semble t-il, lié à la notion d'inertie qui je pense nécessite encore de notre part d'en faire évoluer notre compréhension.

Si je suis inertie, le mouvement étant comme rien, ce n'est pas moi qui tourne mais les autres. Par contre il semble que j'oppose une résistance en une mise en mouvement (4-accélération non nulle).



Patrick

[invite21348749873]

Re.
Non.
Vous êtes en train de mélanger ce qui est vu par un observateur sur la route (système inertiel) et un autre dans la voiture et qui essaie d'expliquer les choses avec les "Lois de Newton".
Pour l'observateur dans la voiture, c'est parce que la voiture tourne qu'une force apparaît et qui le plaque contre la portière. Ou qu'une autre apparaît, qui le plaque contre le dossier de son siège quand la voiture accélère.

Il faut se décider à partir de quel système on raisonne et s'y tenir sans les mélanger.
A+

Je ne pense pas mélanger les deux points de vue; c'est bel et bien le fauteuil qui me pousse vers le centre; d'ailleurs, s'il ne le faisait pas , je filerais a vitesse constante sur la tangente au cercle de rotation.
Et dans le systeme non inertiel lié au fauteuil, la force centrifuge est bel et bien présente, qui comprime le ressort dont je parlais plus haut.
Le probleme est plus sémantique qu'autre chose, me semble-t-il.
Une force peut etre présente dans un referentiel et pas dans un autre, ça ne me choque pas.

[invite6754323456711]

Une force peut etre présente dans un referentiel et pas dans un autre, ça ne me choque pas.

Dans un autre domaine :

tu prends le vide d'un observateur inertiel dans l'espace-temps de Minkowski, pour lequel tu as aucune particule réelle mais des fluctuations. Celles-ci sont usuellement appelées "particules virtuelles" (car elles sont pas réelles). Si ensuite tu prends un observateur accéléré, lui verra des particules réelles (le fameux effet Unruh souvent cité ici) qui sont "construites" à partir des virtuelles. Donc dire qu'elles ne sont qu'un artefact mathématique ne tient la route que si on a un point de vue restrictif, même si certains le défendent parfois avec hargne ici même

Patrick

[Amanuensis]

Une force peut être présente dans un référentiel et pas dans un autre, ça ne me choque pas.

Ce n'est vrai que des forces dérivant d'une accélération d'entraînement. (Je restreins toujours au contexte de la méca classique.)

La question n'est pas si cela choque ou non ; c'est cette "particularité" qui amène la position consistant à voir ces forces comme fictives.

[invite21348749873]

Ce n'est vrai que des forces dérivant d'une accélération d'entraînement. (Je restreins toujours au contexte de la méca classique.)

La question n'est pas si cela choque ou non ; c'est cette "particularité" qui amène la position consistant à voir ces forces comme fictives.

La compression du ressort est réelle; elle ne peut se faire qu'avec une force appuyant sur le ressort.

[invite6754323456711]

La question n'est pas si cela choque ou non ; c'est cette "particularité" qui amène la position consistant à voir ces forces comme fictives.

N'est-ce pas aussi une interprétation du fait que cette force ne dérive pas d'une accélération d'entraînement. Tout comme l'analogie entre particule virtuelle (considéré comme artefact de calcul) et particules réelles ?

Patrick

[Amanuensis]

N'est-ce pas aussi une interprétation du fait que cette force ne dérive pas d'une accélération d'entraînement.

Pour toutes les forces non proportionnelles à la masse, il est impossible de les prendre comme dérivant d'une accélération d'entraînement.

Reste un cas, évidemment, qui est pourquoi j'ai toujours précisé "en mécanique classique"

[Amanuensis]

La compression du ressort est réelle; elle ne peut se faire qu'avec une force appuyant sur le ressort.

Bien sûr. Mais un ressort à deux côtés ! Selon celui qu'on choisit, l'interprétation causale est différente.

[invite21348749873]

Bien sûr. Mais un ressort à deux côtés ! Selon celui qu'on choisit, l'interprétation causale est différente.

Certes , mais dans le cas présent seule une extremité du ressort se déplace , par rapport au centre; la force ne peut donc s'exercer que sur cette extremité.