Force centrifuge + satelites

[invite8a5e1d55]

Hello à tous

C'est certainement une question très basique mais j'ai du mal à comprendre.

Je souhaiterai savoir ce qu'est vraiment la force centrifuge. en effet j'ai vu sur wikipedia que c'est une force fictive. mais elle est pourtant bien réel puisque si un voiture parcour un virage, une force centripète tire la voiture vers le centre du virage (m* (V^2/R)) pourtant la voiture c'est pas aspiré au centre du virage. Il y a donc bien un autre force qui tire la voiture à l'exterieur?

Est-ce cette force centrifuge qui permet le maintien d'un satelite en orbite en compensant complétement l'attraction terrestre?
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[LPFR]

Bonjour.
La force centrifuge est une force fictive dans le sens où elle est le produit de vouloir interpréter ce qui arrive en étant dans un référentiel accéléré comme si on était dans un référentiel inertiel.
Prenons le cas de la voiture. Vous êtes dans le siège du passager sans votre ceinture et la voiture tourne à gauche.
Si la portière est fermée, vous allez dire que la force centrifuge vous plaque contre la portière. Recommençons sans portière. Quand la voiture tourne, vous continuez tout droit et voyez, pendant un court instant, la voiture s'éloigner de vous vers la gauche. Mais vous n'avez pas senti de force centrifuge (bon, oui, un peu avec vos fesses).
Alors que pour un observateur de la route (repère inertiel) quand vous dissiez que la force centrifuge vous plaquait contre la portière, pour lui, c'est la portière qui exerce sur vous une force centripète qui vous oblige à tourner et à accompagner la voiture dans son virage.

Mais dans votre voiture et bien attaché, si vous tenez un poids avec une ficelle, vous verrez que le pendule bascule vers la droite et dites "c'est la force centrifuge", Donc, pour vous, cette force est bien réelle et mesurable, mais uniquement parce que vous essayer d'expliquer ce qui arrive, comme si la voiture était un système inertiel (galiléen, newtonien).
Donc, un satellite ne subit pas de force centrifuge. Mais l'attraction de la terre sert de force centripète pour l'obliger à tourner autour d'elle.
Au revoir.

[invite8a5e1d55]

daccord mais alors pourquel raison le satelite ne s'ecrase pas sur terre après tous seul un force agit et elle le tier vert la terre?

[calculair]

bonjour

Le satellite tombe sur terre.... mais comme elle est ronde,il la rate en permanence....

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

Je pense que le "canon de Newton" et ses animations http://en.wikipedia.org/wiki/Newton's_cannonball sont très parlantes. C'est parce que le satellite a une certains vitesse qu'il ne touche pas la Terre.

@+

[invite9d107da9]

Je dois reconaitre que je me pose la meme question que the_volt. Encore plus difficil pour moi a comprendre c'est pour quel motif un charriot de montage russes ne tombe pas au moment ou il passe par le sommet du looping. Puisqu'il a une force centripete qui le tire vers le bas et en plus force due a la gravité? J'imagine que la vitesse minimal d'un de ces charriots doit pouvoir ce déterminer?

[Nicophil]

Bonsoir,

Puisqu'il y a une force centripete qui le tire vers le bas et en plus force due a la gravité?

Mais non, pas "en plus" : il n'y a que la force de gravité et elle est centripète.

J'imagine que la vitesse minimale d'un de ces charriots doit pouvoir se déterminer?

Oui bien sûr, tout comme la vitesse des satellites à telle ou telle altitude.

[invite9d107da9]

un chariot qui parcourt un looping n'a-t-il pas une force centripete a cause du parcours d'une trajectoir circulaire due a l'acceleration radiale:

FCentripete = (Vˆ2 / R) * mchariot

ainsi qu'une force due a la gravité:

Fp = mchariot * g

Ftot = -Fp -FCentripete

Ou le raisonnement est-il faux?

[LPFR]

Je dois reconaitre que je me pose la meme question que the_volt. Encore plus difficil pour moi a comprendre c'est pour quel motif un charriot de montage russes ne tombe pas au moment ou il passe par le sommet du looping. Puisqu'il a une force centripete qui le tire vers le bas et en plus force due a la gravité? J'imagine que la vitesse minimal d'un de ces charriots doit pouvoir ce déterminer?

Bonjour.
Les chariots de montagnes russes sont un mauvais exemple. Aussi bien le chariot que ses passagers ont des attaches qui les empêchent de tomber quand le chariot est inversé. Et ceci même s'il s'arrête au sommet du looping.

Mais un chariot sans attaches et en mouvement reste collé aux rails si son poids est plus faible que la force centripète nécessaire à le faire prendre le virage en haut. Comme la forme de la trajectoire est imposée par les rails, ce sont eux qui fourniront la force manquante pour la bonne valeur de la force centripète.
Au revoir.

[Nicophil]

Ah oui, n'oublions pas, même si rien n'est attaché, la force des rails sur le wagonnet !

Bref, j'en étais resté aux satellites où la seule force est P=mg, qui est centripète.
On a donc mg=mv²/r,
d'où on tire : g=v²/r, etc.

[invite9d107da9]

LPFR : Mais un chariot sans attaches et en mouvement reste collé aux rails si son poids est plus faible que la force centripète nécessaire à le faire prendre le virage en haut. Comme la forme de la trajectoire est imposée par les rails, ce sont eux qui fourniront la force manquante pour la bonne valeur de la force centripète.

Effectivement je parlais plutôt de chariot sans attaches. Je vois bien qu'il y a une force centripète qui tire le vagon contre le centre de la boucle soit vers le bas et en plus il y a la force de gravité qui le tire aussi vers le bas, alors ce qui est difficil à comprendre c'est pourquoi ne tombe t-il pas si les deux seules forces tirent vers le bas?

Il faut bien que quelquechose tire vers le haut?

[Nicophil]

Je vois bien qu'il y a une force centripète qui tire le wagon contre le centre de la boucle soit vers le bas et en plus il y a la force de gravité

?? Les rails ne tirent pas le wagon, ils le (re-)poussent vers le bas ! Tu ne fais pas la distinction entre tirer et pousser ?

Il faut bien que quelque chose tire vers le haut ?

Et l'inertie alors ? Quand tu freines, la force est vers l'arrière mais tu continues à avancer.

[LPFR]

Re.
Imaginez qu'un peu avant d'arriver au sommet les rails disparaissaient.
Quelle trajectoire suivrait alors le chariot ?
A+

[invite9d107da9]

LPFR : Il continuerait sa trajectoir de manière tangante à son vecteur vitesse.

Nicophil : oui daccord concernant la terminologie les rails re-poussent le charriot vers le bas cela ne change pas le fait que le vecteur de la force qui agit sur le chariot FCentripète est orienté vers le bas.

Daccord pour l'inertie j'y ai pensé mais si on pose le diagramme des forces au moment ou le chariot est au sommet, on voit deux vecteur qui son orientés vers le bas l'inertie n'aparait pas dans un tel diagramme on s'imagine alors que le chariot tombe?

[invite67deae91]

Bonjour

Je suis noouveau sur le forum, discussion intéressante, Je pensse que tu est loin d'être le seul à te la poser. sympa l'annimation sur l'expèrience de Newtone

[LPFR]

Re.
Bienvenu au forum Colorwriter.

LPFR : Il continuerait sa trajectoir de manière tangante à son vecteur vitesse.

Nicophil : oui daccord concernant la terminologie les rails re-poussent le charriot vers le bas cela ne change pas le fait que le vecteur de la force qui agit sur le chariot FCentripète est orienté vers le bas.

Daccord pour l'inertie j'y ai pensé mais si on pose le diagramme des forces au moment ou le chariot est au sommet, on voit deux vecteur qui son orientés vers le bas l'inertie n'aparait pas dans un tel diagramme on s'imagine alors que le chariot tombe?

L'inertie n'est pas une force et ne peut pas apparaître dans le diagramme des forces. Mais l'inertie est la propriété qui fait que quelque chose continue en ligne droite et à la même vitesse en absence de forces.
Si les rails disparaissaient, le chariot continuerait, comme vous l'avez dit, tout droit. Ou plus précisément dans ce cas, il suivrait la trajectoire parabolique des projectiles. Ce sont les rails en exerçant la force qu'il faut vers l'intérieur de la trajectoire, plus le poids du chariot, qui constituent la force centripète nécessaire pour que le chariot suive les rails.

Si le chariot n'a pas assez de vitesse, son poids suffit à le faire tourner et il se décolle des rails avant le sommet. Et suit alors une trajectoire parabolique.
A+

[invite60be3959]

Bonjour,

Effectivement je parlais plutôt de chariot sans attaches. Je vois bien qu'il y a une force centripète qui tire le vagon contre le centre de la boucle soit vers le bas et en plus il y a la force de gravité qui le tire aussi vers le bas, alors ce qui est difficile à comprendre c'est pourquoi ne tombe t-il pas si les deux seules forces tirent vers le bas?

Il faut bien que quelquechose tire vers le haut?

En effet, dans le cas du looping vertical effectué par un mobile(wagon), il y a bien 2 forces, et 2 "vraies" forces, au sens de Newton(dont résulte une accélération). Le poids toujours dirigé vers le bas et qui correspond à l'interaction gravitationnelle entre le mobile et la Terre, et la réaction des rails sur le wagon qui n'est autre que l'interaction électrostatique entre les électrons des atomes du rails et les électrons des atomes des roues du wagon(pour faire simple). Le poids est relié à l'accélération de la pesanteur, g, toujours dirigée vers le bas. Tandis qu'à la réaction est associée une accélération centripète toujours dirigée vers le centre du looping(la réaction étant perpendiculaire à tout instant à la tangente du looping au point considéré). Puisque le wagon se déplace dans un référentiel non-inertiel, ça tourne quoi, (un référentiel inertiel étant un référentiel qui se déplace à vitesse constante par rapport à un autre réferentiel inertiel), on doit tenir compte d'une force fictive(centrifuge) si l'on veut se permettre d'écrire la 2nde loi de Newton en tous points du looping. Cette force fictive est dirigée dans un sens opposé à la somme des 2 autres (poids et réaction du support) et est égale en norme à la norme de la somme de ces 2 forces.
Donc, dans le référentiel attaché au wagon, à tout instant, ces 3 forces se compensent, de telle sorte que le wagon ne quitte pas sa position(il reste collé aux rails). C'est une façon de voir les choses et de résoudre le problème.
Maintenant si l'on regarde la situation du point du point de vu du référentiel terrestre(qui est supposé inertiel), la force fictive (centrifuge) n'est qu'une illusion qui est simplement due au fait qu'à tout instant le wagon voudrait aller "tout droit" à cause de sa vitesse inertielle, et donc aller vers le haut(dans un sens égal à l'opposé de la somme du poids et de la réaction, comme je l'ai déjà dit). Du point de vue de l'observateur terrestre, on a l'impression qu'une force colle le wagon aux rails, comme quoi on pense "inertiel" naturellement !

Mais cet exemple est tout de même bien plus compliqué pour comprendre les choses que celui d'un satellite en orbite terrestre. Dans ce cas, une seule force(non-fictive) est présente : l'interaction gravitationnelle. Elle est toujours dirigée vers le centre de la Terre(plus exactement vers le centre de masse du système satellite + Terre) et est responsable de l'accélération centripète. Cette force se comporte comme la force de tension d'une corde élastique à laquelle serait attachée un objet que l'on ferait tourner au-dessus de soi. La corde oblige l'objet à décrire une trajectoire circulaire, objet qui possède une vitesse suffisante pour se "maintenir en l'air", tout comme la force de gravitation oblige le satellite à décrire une orbite circulaire(pour simplifier) et dont la vitesse lui permet de tomber constament vers la Terre sans jamais l'atteindre(puisqu'elle est sphérique). C'est donc encore cette vitesse inertielle qui donne l'illusion d'une force qui compenserait la force de gravitation.

[stefjm]

Je dois reconaitre que je me pose la meme question que the_volt. Encore plus difficil pour moi a comprendre c'est pour quel motif un charriot de montage russes ne tombe pas au moment ou il passe par le sommet du looping. Puisqu'il a une force centripete qui le tire vers le bas et en plus force due a la gravité? J'imagine que la vitesse minimal d'un de ces charriots doit pouvoir ce déterminer?

C'est le classique looping circulaire sans tomber qui fait apparaitre un rapport 4/5 minimum entre la hauteur de départ et celle du looping. (pas de frottement, conservation de l'énergie mécanique)

[invite8a5e1d55]

Ok merci à tous pour votre aide. Alors l'heure est venue de tenter de faire un petit bilan pour voir si j'ai compris le principe.

--> Lorsqu'on prend un virage à vitesse constante, on subit un accélération parceque durant le virage, la vitesse varie constement, non pas en module mais en orientation. Cette accélèration ne peut être orientée que vers l'interieur c'est qui nous permet de suivre une trajectoir circulaire.

--> La force centrifuge que l'on a l'impression de ressentir en voiture et qui nous cole à la portière lorsqu'on prend un virage est due au fait que nous nous situons dans un réferentiel non intertiel. Car il accèlère puisque l'orientation du vecteur vitesse varie.

--> Pour un observateur externe(lui situé au bord de la route, réferentiel inertiel), si la voiture n'avait pas de portière(merci LPFR), le passager continuerais sa course tout droit cortant ainsi de la voiture. Cela suit bien la première loi de newtone et tout corps ne subisant AUCUNE force exterieur résultante poursuit son mouvement rectiligne uniforme ou reste au repos(ici il poursuit bien sur).

--> La force centripète n'est pas une nouvelle force mais la résultante des forces agisant en direction du centre de la courbe.
Dans le cas du virange la force agisant sur la voiture et lui permetant de prendre le virage est la force de frottement entre la route et la voiture(raison pour laquelle ça marche pas très bien sur de la glace) ???????

-->L'annimation de l'expérience de newtone est effectivement très parlante pour le cas du satelite. En fait il tombe tout le temps mais en plus il avance à une certaine vitesse et comme la terre est ronde et bien comme le disait Calculair il rate en permanence la terre. Si on observe sa tragectoir global, on a cette fois uniquement la force d'attraction qui agit sur le satelite et qui lui permet de rester sur un trajecture curviligne.

Mon idée était complétement fausse concernant le cas des satelites car je me placait à la place du satelite donc dans un réferentiel non inertiel.

Est-ce que cela vous parait un peu près compris?

Merci encore à tous.

[LPFR]

Bonjour.
Oui. Vous avez bien compris et ça fait plaisir.
Au revoir.

[invite6ae36961]

Bonjour et bonne année à tous.

Il me semble que dans toutes les situations évoquées : passager d'une voiture prenant un virage ou chariot de montagnes russes, une bonne partie des difficultés disparaît si on prend le temps de bien définir le système étudié.
Il est alors facile de faire la distinction entre les forces extérieures au système, qui, elles seules, déterminent son mouvement, et les forces exercées par le système sur l'environnement, qui, elles n'ont d'action que sur l'environnement.

Dans la première situation, si on choisit comme système "le passager", son mouvement de rotation est du à la force centripète que la portière exerce sur lui ; la force centrifuge est exercée par le passager sur la portière, elle peut expliquer la déformation de la garniture de la portière ou son ouverture si la serrure lâche ! en fait ces deux forces obéissent au principe de l'action et de la réaction.
Si on choisit comme système "la voiture", le mouvement de rotation est du à la force centripète que le revêtement routier exerce sur les pneus. La force exercée par les pneus sur la route est centrifuge et agit sur la route et non sur la voiture, des gravillons non collés par asphalte peuvent être projetés vers l'extérieur du virage. Là aussi : F(exercée par la route sur la voiture) = -F(exercée par la voiture sur la route) égalité vectorielle évidemment.

Dans la seconde situation, si on choisit comme système "le chariot et ses passagers", le mouvement de rotation est du à l'action de la réaction normale des rails et à l'action du poids du chariot et des passagers ; la composante radiale de la somme de ces deux forces est centripète (de valeur mv2/r) si le mouvement est circulaire. Le chariot ne reste en contact avec la piste que si la réaction normale conserve une valeur > 0. La force centrifuge est la force exercée par le chariot sur les rails, elle agit sur les rails et non sur le chariot ; on est encore ici dans une situation de manifestation du principe de l'action et de la réaction.

Vive la mécanique !!!

[LPFR]

Bonjour.
Votre analyse n'est pas correcte.
Une chose est choisir le système que l'on étudie et une autre choisir le référentiel à partir duquel on étudie le système. Vous pouvez étudier ce qui arrive au passager d'une voiture aussi bien depuis un référentiel "presque" inertiel (la route) ou depuis le référentiel lié à la voiture qui est non inertiel.

Les forces fictives (d'inertie) ne vivent pas dans le même monde que les forces non fictives. Elles ne se rencontrent jamais et une d'elles ne peut pas être la réaction de l'autre.
Pour revenir à l'exemple de la portière, depuis la voiture la force centrifuge plaque le passager contre la portière et la portière exerce une réaction sur le passager. Et cette réaction n'est pas la force centripète, simplement parce que la force centripète n'existe pas depuis le référentiel de la voiture.
Depuis la route, la portière exerce une force centripète sur le passager est subit la réaction de cette force qui n'est aucunement une force centrifuge, car la force centrifuge est une force fictive qui n'existe pas dans un repère inertiel.
Au revoir.

[stefjm]

Les forces fictives (d'inertie) ne vivent pas dans le même monde que les forces non fictives. Elles ne se rencontrent jamais et une d'elles ne peut pas être la réaction de l'autre.

Bonjour,
N'avez-vous pas écrit quelque part que les forces d'inertie étaient introduites pour que l'utilisation des lois de Newton dans un repère non inertiel soit possible?
La loi d'action-réaction n'est plus une loi de Newton?
Cordialement.

PS : @LPFR et albanxiii, merci de me dire pour ce post :
http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post4283721

[LPFR]

Bonjour,
N'avez-vous pas écrit quelque part que les forces d'inertie étaient introduites pour que l'utilisation des lois de Newton dans un repère non inertiel soit possible?
La loi d'action-réaction n'est plus une loi de Newton?
Cordialement.

Re.
Et alors ?
Si une des lois n'est pas valable, l'ensemble des lois de Newton ne marche pas. Même si action-réaction marche dans tous les cas (je ne trouve pas de cas où ça ne marche pas).
A+

[stefjm]

Re.
Et alors ?
Si une des lois n'est pas valable, l'ensemble des lois de Newton ne marche pas. Même si action-réaction marche dans tous les cas (je ne trouve pas de cas où ça ne marche pas).
A+

Re.
Le cas qui nous occupe ici : Action-réaction des forces centrifuge et centripète.
@+

[LPFR]

Re.
Le cas qui nous occupe ici : Action-réaction des forces centrifuge et centripète.
@+

Bonjour.
Je pense que j'ai expliqué ça en détail dans le post #22.
Au revoir.

[invite6ae36961]

Bonjour à tous.
En ce qui me concerne, je n'ai pas parlé de force d'inertie, mais de force centrifuge, je ne vois donc pas en quoi mon analyse est incorrecte.
Le fait d'être centrifuge n'est pas l'apanage des forces d'inertie, cette propriété ne fait référence qu'à la direction et au sens d'une force.
De plus, il me semble bien que le principe d'interaction est valable dans tous les référentiels qu'ils soient galiléens ou non.
Bonne journée.

[Nicophil]

Bonjour,

Le fait d'être centrifuge n'est pas l'apanage des forces d'inertie,

Si.

[invite6ae36961]

Bonjour.
Je ne suis pas d'accord avec Nicophil.
Lors du looping du chariot de grand 8, le poids du chariot est centripète au passage par le point le plus haut de la trajectoire et centrifuge au passage par le point le plus bas.
Pour toute autre position, la composante radiale du poids du chariot est centripète si le chariot se trouve plus haut que le centre du cercle qu'il décrit, et centrifuge s'il est plus bas... et le poids n'est pas la force d'inertie !

[Nicophil]

Bon, on ne peut pas te donner tort...
Une clarification conceptuelle s'impose donc :

. Parmi les forces centrifuges, certaines sont "réelles" et d'autres sont inertielles.
. Une force centrifuge inertielle résulte de l'effet centrifuge, qui est une accélération inertielle observée dans les référentiels non-inertiels.