Problème d'équilibre entre force centripète et "force centrifuge".

[invitefdc5429a]

''Sauf si on considère l'action bille sur fil qui est bien centrifuge''

Justement non, centrifuge elle ne l'est pas, puisqu'elle s'exerce dans l'axe du fil et non horizontalement !

Vos propos (ou les termes que vous employez) révèlent une confusion entre réaction (au sens du 3ème principe de Newton) et force.

Par ailleurs l'expression ''force centripète'' est correcte s'agissant des astres et planètes sur orbite mais pas pour la bille suspendue par un fil. L'expression ''force de contact'' conviendrait mieux (car c'est bien le contact du fil avec la bille qui transmet cette force !) : la bille ne se rapproche jamais de l'axe de rotation, c'est un fait !
-----

[invitef29758b5]

Justement non, centrifuge elle ne l'est pas, puisqu'elle s'exerce dans l'axe du fil et non horizontalement !

Quel rapport entre centrifuge et horizontal ?
Quand la bille tourne le fil n' est pas horizontal .

Vos propos (ou les termes que vous employez) révèlent une confusion entre réaction (au sens du 3ème principe de Newton) et force.

Je n' ais pas parlé de réactions , mais d' actions réciproques (au sens du 3^ème principe de newton) , qui sont des forces et des moments .
Quand au terme centripète (voir le dictionnaire) , il est indépendant du fait qu' il s' agisse de force de contact ou de force à distance .

[invitefdc5429a]

OK pour ''action réciproque'' et la force centrifuge n'a rien à y faire.

Quant au dictionnaire, il est un peu court sur le sujet. Mais rien n'empêche de faire le distinguo entre une ''force centripète'' (qui rapproche du centre, ça s'applique très bien à une force agissant à distance, entre une planète et son satellite par exemple) et une ''force de contact'' qui se transmet par un fil ou par tout autre moyen (celle-ci ne rapproche jamais du centre, elle se contente d'imposer une trajectoire circulaire).

Désolé mais les termes et expressions sont d'importance.

[invitef29758b5]

Pas "une force qui se rapproche du centre" mais une force orientée vers le centre .

[invitefdc5429a]

Pas d'accord !

L'étymologie de ''centripète'' : ''qui rapproche du centre'' !

[invitef29758b5]

Il ne faut pas confondre définition et étymologie .
Surtout les définitions scientifiques qui peuvent s' éloigner considérablement du sens commun .

[invitefdc5429a]

OK. Mais ici la distinction est importante.

La force de contact est transmise par le fil, elle s'exerce sur la bille, dans l'axe de tension du fil.

Ce qu'on prend pour la force centripète n'est que la composante horizontale de la force de contact transmise par le fil. Cette composante vaut m.v²/r mais ce n'est qu'une composante, elle n'a rien d'une force centripète.

L'autre composante est verticale, elle vaut -mg.

L'intensité de la force de contact qui s'exerce sur la bille est égale à la somme vectorielle de ces deux composantes.

Autrement dit, si on néglige la résistance de l'air, il n'y a que deux forces qui s'exercent sur la bille quand elle tourne : son poids et cette force de contact.

Conclusion : il n'y a ni force centrifuge, ni force centripète !

[invitef29758b5]

Conclusion : il n'y a ni force centrifuge, ni force centripète !

Et la bille va tout droit ...

[invite1a73c863]

Bonjour,

il n'y a que deux forces qui s'exercent sur la bille quand elle tourne : son poids et cette force de contact.

Le poids de la bille est une force qui s'exerce sur la bille? C'est un cours que vous donnez là?

[Nicophil]

L'intensité de la force qui s'exerce sur la bille est égale à la somme vectorielle de ces deux composantes.

à la norme de la somme vectorielle

Autrement dit, si on néglige la résistance de l'air, il y a deux forces qui s'exercent sur la bille quand elle tourne : son poids et cette force de contact.

Son poids et la force centripète donc.

Cette composante vaut m.v²/r mais ce n'est qu'une composante, elle n'a rien d'une force centripète.

Ma foi, cette composante a tout d'une force centripète.
Par contre, c'est vrai, la somme vectorielle n'est pas dirigée vers le centre mais vers un point sous le centre.

[Amanuensis]

L'introduction du "poids" au sens pesanteur terrestre complique inutilement le sujet.

Jusqu'à un certain point la question de la bille tournant autour d'un point fixe inertiel avec un fil tendu la reliant à ce point fixe a été traitée "dans le vide", sans aucune force extérieur du système.

Rajouter la pesanteur terrestre alors que dans la discussion il y a toujours des traces de confusion sur les fondamentaux n'est pas malin.

[Amanuensis]

(Mais si vous voulez discuter avec le poids et un mouvement dans un plan vertical, il y a déjà eu plusieurs erreurs. La direction de la force exercée par le fil sur la bille est dans la direction du fil. Si le fil est tendu alors la force est orientée vers le point d'attache du fil.

Du coup intervient une ambiguïté sur le mot "centre". Est-ce que c'est le point fixe où est attaché le fil et centre de la trajectoire en tant que cercle, ou est-ce le centre instantané de rotation? Parce que ce n'est pas le même... Clé: le mouvement n'est plus un mouvement de rotation uniforme.)

[Amanuensis]

(Et pour continuer la rigolade, on peut étudier le mouvement relativement à trois référentiels différents:

- le référentiel inertiel (le terrestre dans son approximation inertielle);

- le référentiel en rotation uniforme de même période de rotation que le mouvement dans l'inertiel

- le référentiel relativement auquel la bille est fixe.

Le mouvement de la bille dans le deuxième est intéressant, bon exercice.

L'analyse de l'accélération d'entraînement dans le dernier est intéressante, bon exercice. )

[invitefdc5429a]

Et la bille va tout droit ...

Si le fil casse, oui, mais uniquement dans ce cas !

C'est bien la preuve que c'est le fil - et lui seul - qui transmet la force qui fait tourner la bille.

D'une manière plus générale, une seule force suffit pour expliquer un mouvement de rotation. L'erreur dans les posts précédents était de rechercher un équilibre de forces à tout prix. S'il y a une accélération (longitudinale ou transversale), il ne peut pas y avoir d'équilibre (c'est le sujet du topic). C'est le principe fondamental de la dynamique. En statique c'est différent. D'où l'intérêt de bien séparer les deux descriptions.

[invitefdc5429a]

on peut étudier le mouvement relativement à trois référentiels différents:

- le référentiel inertiel (le terrestre dans son approximation inertielle);

- le référentiel en rotation uniforme de même période de rotation que le mouvement dans l'inertiel

- le référentiel relativement auquel la bille est fixe.

Le mouvement de la bille dans le deuxième est intéressant, bon exercice.

L'analyse de l'accélération d'entraînement dans le dernier est intéressante, bon exercice. )

Vous faites la distinction, c'est un progrès. Pour la 1ère, j'ai répondu. J'ai hâte de vous lire pour la suite.

[invitefdc5429a]

Le poids de la bille est une force qui s'exerce sur la bille? C'est un cours que vous donnez là?

Curieuse remarque !

En l'absence de champ gravitationnel (hypothèse absurde, il n'existe pas d'endroit dans l'Univers où ce champ soit strictement nul), la bille possède toujours une masse mais n'a plus de poids. C'est le cours de seconde !

[Nicophil]

une seule force suffit pour expliquer un mouvement de rotation.

Certes ! Mais la question portait sur la résistance d'un fil. Or...
... il faut 2 forces pour tendre un fil et le casser.

[invitefdc5429a]

il faut 2 forces pour tendre un fil et le casser

Pas nécessairement. Bille immobile, le poids peut suffire.

[Nicophil]

Bille immobile,

Voilà, ne prenons pas d'exemple trop compliqué pour commencer...

Donc la bille est immobile. Et le fil ?

[invitefdc5429a]

Vous avez parfaitement compris. Il est donc inutile d'encombrer le forum avec des questions sans objet.

Et si vous confondez une force et une réaction, c'est grave. La nuance a déjà été détaillée ci-dessus. Relisez.

[Nicophil]

Si, éclaire-nous : que fait le fil ?

Et si vous confondez une force et une réaction, c'est grave. La nuance a déjà été détaillée ci-dessus. Relisez.

Le fil est long désormais... où est ce passage qui distingue action et réaction ?

[Amanuensis]

Vous faites la distinction, c'est un progrès.

Vous êtes vraiment pénible. Quelqu'un qui a des dizaines d'âneries au compteur sur ce fil se rend ridicule avec ce genre d'attaque ad hominem;

Dernière ânerie en date:

il faut 2 forces pour tendre un fil et le casser

Pas nécessairement. Bille immobile, le poids peut suffire.

[invitefdc5429a]

on peut étudier le mouvement relativement à trois référentiels différents:

- le référentiel inertiel (le terrestre dans son approximation inertielle);

- le référentiel en rotation uniforme de même période de rotation que le mouvement dans l'inertiel

- le référentiel relativement auquel la bille est fixe.

Le mouvement de la bille dans le deuxième est intéressant, bon exercice.

L'analyse de l'accélération d'entraînement dans le dernier est intéressante, bon exercice. )

ça c'est l'approche théorique. Mais il y a aussi une approche plus pragmatique qu'on privilégie dans l'industrie.

En effet, si on regarde le mécanisme par le dessus, on constate que l'orientation du fil n'est pas radiale par rapport à l'axe de rotation, il y a un angle horizontal à cause de la résistance de l'air qui s'exerce sur la bille et qui n'est pas négligeable à une certaine vitesse.

De même, dans le cas d'un manège de fête foraine, il faut tenir compte de la masse du bras porteur, plus un coefficient de sécurité, etc.

[Nicophil]

il faut tenir compte de la masse du bras porteur,

Oui ben on verra ça plus tard, on n'en est pas là hein.
Pour l'instant, nous en sommes au cas d'un fil... ce qui nous permet de négliger sa masse !

Pour commencer, la bille est immobile au-dessus du sol, suspendue au fil. Bilan des forces ?

[Philou67]

Les échanges de noms d'oiseaux ne sont pas acceptés.
Si la discussion ne peut continuer courtoisement elle sera fermée.

Bonne journée à tous.
Philou67 pour la modération.

[Amanuensis]

on peut étudier le mouvement relativement à trois référentiels différents:

- le référentiel inertiel (le terrestre dans son approximation inertielle);

- le référentiel en rotation uniforme de même période de rotation que le mouvement dans l'inertiel

- le référentiel relativement auquel la bille est fixe.

Connaissez-vous comment on fait correctement des citations sur ce forum???

ça c'est l'approche théorique

Certes. Mais c'est de cela dont on parle quand on fait de la physique.

Mais (...)

Cela semble être juste "noyer le poisson". Tactique rhétorique consistant à compliquer de plus en plus le sujet de manière à le déplacer continuellement et ainsi ne pas répondre sur le sujet de base, jusqu'à abandon des contradicteurs.

Si on revenait sur le cas simple, une bille en rotation au bout d'un fil tendu attaché à un point fixe inertiel, fil de masse nulle, sans pesanteur, sans air, sans rien d'autre?

Car j'ai bien l'impression que la théorie pour ce cas là n'est toujours pas comprise par tous les intervenants.

[invitef29758b5]

il faut 2 forces pour tendre un fil et le casser

Pas nécessairement. Bille immobile, le poids peut suffire.

Désolé mais li faut deux forces , une à chaque bouts .
En tant qu' actions réciproques ce ne sont pas les mêmes : action bille/fil et action accrochage/fil

Et si vous confondez une force et une réaction, c'est grave.

Une force n' est pas une action ???
Expliquez nous ça . (En utilisant l' icone citation SVP)

Mais il y a aussi une approche plus pragmatique qu'on privilégie dans l'industrie.

En 40 ans dans l' industrie , je n' ais jamais entendu ce genre de théorie .

[invitefdc5429a]

Merci au modérateur pour son intervention ! Je n'en veux pas à celui qui m'a insulté, je le comprends. Le dénigrement ou l'insulte, c'est ce qui reste quand il n'y a plus d'argument. J'en conclus que mon détracteur cautionne l'essentiel de ce que j'ai écrit, sur le mouvement Terre Lune ou sur la bille qui tourne.

Ce site a une vocation pédagogique, il est donc important de faire des réponses simples et précises à celui qui a ouvert le topic, c'est ce que j'ai essayé de faire. Je sais qu'il y a des lycéens qui se connectent mais qui n'osent pas poser des questions devant la complexité des réponses proposées... Je les incite à le faire et c'est pour eux que j'interviens.

Le problème de la bille qui tourne autour d'un axe est l'un des premiers abordés en physique, juste après le plan incliné ! On ne peut pas faire plus simple. Pas besoin de surcharger les explications ni d'introduire une quelconque force centrifuge, il n'y en a pas besoin.

OK, je ne sais pas faire les citations, juste un ''copié collé''... Je vais essayer, on verra plus tard.

Je réponds en vrac :

- la théorie c'est bien mais elle doit servir à quelque chose. La physique doit avoir des applications concrètes, et c'est en étudiant des phénomènes concrets qu'on progresse vers l'abstrait, pas le contraire. Pensez à ceux qui vous lisent.

- sur le principe d'action réciproque, on ne peut pas mettre sur le même plan une force et une réaction. Suspendez une masse à un crochet, il y a équilibre entre l'action de la pesanteur et la réaction du crochet, ok. Supprimez l'attache : le sac tombe, le crochet ne bouge pas. C'est quand même une différence.

[invitef29758b5]

C'est quand même une différence.

Oui , c' est une différence .
c' est même deux systèmes complètement différents .
Les forces sont des interactions .
Au départ on a deux interactions : Masse-crochet et masse terre , soit 4 forces : masse/crochet , masse/terre crochet/masse , et terre/masse .
Elle n' ont toutes qu' une seule composante verticale et sont réellement des forces .
Les deux première agissent sur la masse .
Quand on élimine la liaison masse-crochet on élimine l' interaction correspondante et donc les forces masse/crochet et crochet/masse .
Il ne reste que les forces masse/terre et terre/masse (le poids)
Seul le poids agit sur la masse .

[Amanuensis]

Le problème de la bille qui tourne autour d'un axe est l'un des premiers abordés en physique, juste après le plan incliné ! On ne peut pas faire plus simple. Pas besoin de surcharger les explications ni d'introduire une quelconque force centrifuge, il n'y en a pas besoin.

C'est parfaitement exact. Quand on décrit l'expérience dans un référentiel inertiel, c'est un non-sens d'introduire une accélération d'entraînement centrifuge, qui ne peut pas apparaître dans un référentiel inertiel.

Les confusions dans cette discussion n'ont pas été sur ce point, et on peut éviter de mentionner ces évidences.

Les confusions sur l'accélération d'entraînement centrifuge viennent de la modélisation dans un référentiel non inertiel, et ne peuvent être discutées que dans ce cadre.

Un autre type de confusion porte sur "l'action et la réaction".

Par exemple, cela:

- sur le principe d'action réciproque, on ne peut pas mettre sur le même plan une force et une réaction.

Au contraire, le principe de l'action et la réaction indique une parfaite symétrie entre les deux. La réaction est une force au même titre que l'autre, et choisir l'une pour l'appeler "action" est pure convention. Toute description qui dissymétrise entre les deux en cherchant à imposer l'une comme "action" se trompe quelque part.

Suspendez une masse à un crochet, il y a équilibre entre l'action de la pesanteur et la réaction du crochet, ok. Supprimez l'attache : le sac tombe, le crochet ne bouge pas. C'est quand même une différence.

Bien sûr, mais la dissymétrie indiquée vient de la nature des forces (une de contact, l'autre "à distance") et ne permet pas de généraliser à une quelconque idée sur l'action et la réaction.

Prenons un cas symétrique, une masse sur une table sans frottement, tenue par deux ressorts horizontaux tendus. Selon l'attache qui sera coupée, la masse ira dans un sens ou dans l'autre, en toute symétrie. Supprimons la masse en connectant les deux ressorts en lieu et place: lequel fournit "l'action", lequel la "réaction"? Cela est conventionnel. Gardons la masse mais intercalons deux petits ressorts très raides entre les ressort et la masse, et étudions le point entre un grand ressort et le petit auquel il est attaché, lequel fournit l'action? Et finalement, on peut modéliser le point d'attache de la bille comme une zone élastique comparable à un petit ressort très raide. C'est la bille qui a une action sur le ressort, ou le contraire? Pure convention.

----

Mais tout ça est dans tout bon cours de mécanique. Nul besoin d'en faire un sur ce forum, surtout pour véhiculer des concepts erronés, défendus par de la basse rhétorique. Pour le bien des lecteurs, suffit de les renvoyer à ces cours, et d'ignorer ce fil où trop d'intervenants cherchent à imposer leurs erreurs.