Force centripète/centrifuge rotor/orbite confusion/incompréhension

[Stakhanov21]

Bonjour, depuis quelques jours, je me casse la tête à essayer de comprendre les différences et les forces qui expliques d'une part l'orbite d'une station spatiale, d'autre part le fonctionnement d'un rotor à la foire ( le rotor tourne très vite et l'on est plaqué au mur au dessus du sol) ou encore le lancer de boule au JO avec le fil que l'on fait tourner.

est ce que dans chaque cas, la même force et/ou accélération entre en jeu ?

Par exemple pour le rotor, il tourne très vite, si je me met du point de vue d'un observateur exterieur, la vitesse du gars qui est dans le rotor selon newton serait droite et il n'aurai envie que d'une chose, sortir tout droit, seulement il y a la force centripète qui le ramène en chaque instant vers le centre et donc la résultante suis la trajectoire circulaire du rotor, est ce exact ? et je présume que le fonctionnement d'un satellite en orbite est exactement la même chose. ? la force centripète et l'acceleration centripète, c'est pareil ?

Du point de vue du gars dans le rotor, c'est la force "centrifuge" qui le plaque perpendiculairement à lui vers le mur, et il y a une force de réaction normale qui compense, ce qui expliquerait pourquoi l'on reste "bloqué dans la position. est-ce également exact ? pourquoi dit on que cette force n'existe pas ??

Si quelqu'un pourrait m'expliquer la réelle explication physique de ces phénomènes et comment faire le listing et résultante de toutes ces forces, je vous en serait reconnaissant, merci !
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[Amanuensis]

Par exemple pour le rotor, il tourne très vite, si je me met du point de vue d'un observateur exterieur, la vitesse du gars qui est dans le rotor selon newton serait droite et il n'aurai envie que d'une chose, sortir tout droit, seulement il y a la force centripète qui le ramène en chaque instant vers le centre et donc la résultante suis la trajectoire circulaire du rotor, est ce exact ? et je présume que le fonctionnement d'un satellite en orbite est exactement la même chose. ? la force centripète et l'acceleration centripète, c'est pareil ?

En gros, oui. (Evidemment faut multiiplier l'accélération par la masse pour avoir la force, mais c'est un détail.)

Du point de vue du gars dans le rotor, c'est la force "centrifuge" qui le plaque perpendiculairement à lui vers le mur, et il y a une force de réaction normale qui compense, ce qui expliquerait pourquoi l'on reste "bloqué dans la position. est-ce également exact ?

Oui

pourquoi dit on que cette force n'existe pas ??

Principalement parce que «exister» n'a pas grand sens.

Certains disent qu'elle n'existe pas parce qu'elle dépend du référentiel choisi pour décrire la situation («observateur externe» vs. «point de vue du gars dans le rotor») contrairement aux forces lors d'un contact par exemple. Ou encore on peut toujours se débarrasser de toute «force centrifuge» avec un bon choix de référentiel. Ou encore, plus subtil, le terme «force centrifuge» est un abus, on ne devrait parler que d'accélération centrifuge.

comment faire le listing et résultante de toutes ces forces

Vous l'avez très bien fait, quel est le problème?

[f6bes]

Bjr à toi, Dans la staion spatiale c'est pas du tout pareil..
Les astronautes ne sont pas plaqués à la paroi de la station . Ils évoluent meme facilement sans contrainte d'effort.
ils ne subissent pas de force centrifuge.
Bonne journée

[Stakhanov21]

apparement j'ai bien compris, n'ayant pas de profs a proprement parler j'avais besoin d'une validation, merci !

Pour ce qui est de la station spatiale, il y a bien une accélération et une force centripète, alors qu'est ce qui explique qu'il n'y a pas de force centrifuge ? le fait qu'elle ne tourne pas sur elle même ? ( je ne sais d'ailleurs pas si elle tourne sur elle même ou non ^^)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Coccinelleamoustaches]

Si tu veux vraiment pouvoir comprendre méthodiquement ce genre de situations, il faut que tu fasses des recherches sur les référentiels non galiléens. C'est cette notion là qui te permettra de comprendre rigoureusement.

J'espère ne pas dire de bêtise en invoquant mes quelques souvenirs de mécanique :
quand un solide est en rotation circulaire uniforme autour d'un point, tu te rends compte en calculant son accélération par rapport à la Terre (réf. galiléen) qu'elle pointe vers le centre.
Si tu es dans cet objet, peinard, on va supposer qu'aucune force ne s'applique sur toi (mettons que tu es sur un parquet très bien ciré ^^). Ce qui veut dire que tu peux utiliser le célèbre PFD de Newton qui te dit que ton accélération est nulle par rapport à la Terre ! (pas de force, pas d'accélération dans un référentiel galiléen).
Du coup... ça veut dire que tu as une accélération par rapport à l'objet tournant. En effet, il est accéléré vers le centre alors que toi non. Ce qui veut dire que par rapport à lui c'est comme si tu étais accéléré vers l'extérieur.

C'est pour ça que ce n'est pas une force !! C'est en réalité une "accélération centrifuge". Une force résulte de l'interaction entre 2 objets (si je ne m'abuse). Ici ce n'est pas le cas; il n'y a rien qui applique cette force sur toi.
Cependant, on utilise le terme de force d'inertie (ou force centrifuge dans ce cas) parce que c'est comme ça qu'on le ressent (encore une fois grâce au PFD)
Et évidemment, si tu restes bloqué contre la porte c'est bien à cause de la réaction normale. Tu ne vas pas passer au travers...

EDIT : dsl je me suis absenté au milieu de mon message et j'arrive après tout le monde ^^

[Amanuensis]

Pour ce qui est de la station spatiale, il y a bien une accélération et une force centripète, alors qu'est ce qui explique qu'il n'y a pas de force centrifuge ? le fait qu'elle ne tourne pas sur elle même ? ( je ne sais d'ailleurs pas si elle tourne sur elle même ou non ^^)

Une accélération centrifuge apparaît ou non selon le référentiel choisi. Dans le cas de la station spatiale, il y a au moins trois référentiels qui peuvent venir à l'esprit:

a) Le référentiel géocentrique, considéré comme galiléen ; comme il est galiléen, il n'y a pas d'accélération centrifuge. La station et l'astronaute ont tous deux une trajectoire circulaire (en gros) due à la force centripète (gravitation) ; comme c'est (en gros) la même trajectoire, l'astronaute n'a pas de mouvement relatif par rapport à la station, tout comme la plume et le marteau lâchés ensemble sur la Lune n'avait pas de mouvement relatif l'un par rapport à l'autre.

b) Le référentiel tournant dans lequel la station est immobile par rapport à la Terre ; il y a une accélération centrifuge qui équilibre parfaitement la gravitation pour le centre de masse de la station. De même pour l'astronaute, qui est donc aussi immobile.

c) Le référentiel défini par la station, supposée ne tournant pas sur elle-même, référentiel dont les axes sont fixes par rapport aux étoiles. Par définition de ce référentiel, la station est immobile, elle ne subit aucune force, ni accélération centrifuge, pareil pour l'astronaute, qui est donc immobile dans ce référentiel. La disparition de la force de gravitation peut surprendre, elle s'exerce sur la Terre qui a du coup une trajectoire circulaire autour de la station.

[Coccinelleamoustaches]

EDIT : grillé par Amanuensis
grr, j'y arriverai, un jour ^^

[Dynamix]

Salut

pourquoi dit on que cette force n'existe pas ??

C' est hyper simplificateur .
D' après la troisième loi de Newton , s' il "existe" une force centripète , elle s' compagne forcément d' une force centrifuge .
Mais les deux ne s' appliquent pas au même objet .
Par exemple , pour le "gars qui est dans le rotor" , qui reçoit de la part du rotor une force centripète , la force centrifuge c' est celle qu' il exerce sur le rotor .

[Stakhanov21]

d'accord, donc à chaque point de vue par rapport a une situation, il y a dans chaque cas des explications différentes selon ce point de vue, ce qui rend les choses relatives.

par exemple, imaginons que je suis dans mon vaisseau a une certaine vitesse dans l'espace sans aucun astres ou autres autour( du moins dans ma vision), dans le noir total, je n'aurait pas l'impression d'avancer, je serais donc immobile dans mon référentiel dit "dans mon vaisseau". Mais imaginons que derrière moi il y ai la terre et un gars qu'i m'observe, depuis la terre il me verrait avancer par rapport à lui, pour lui je serait donc en mouvement.

donc toutes ces théories de relativité restreinte/générale (liée à l'espace) se base sur ce principe ?

[Coccinelleamoustaches]

d'accord, donc à chaque point de vue par rapport a une situation, il y a dans chaque cas des explications différentes selon ce point de vue, ce qui rend les choses relatives.

Pourquoi ? Il me semble que nos réponses sont toujours les mêmes... L'accélération centrifuge existe toujours. Simplement dans le cas de l'ISS, elle est annulée par la présence d'une force : la force gravitationnelle

par exemple, imaginons que je suis dans mon vaisseau a une certaine vitesse dans l'espace sans aucun astres ou autres autour( du moins dans ma vision), dans le noir total, je n'aurait pas l'impression d'avancer, je serais donc immobile dans mon référentiel dit "dans mon vaisseau".

Il tourne en cercle ton vaisseau ? Si oui, tu n'as pas compris. S'il n'y a aucun astre, il n'y a pas de forces pour compenser l'accélération centrifuge. Donc tu es plaqué. Tu es dans la situation que je décris dans mon premier message (absence de forces)
S'il ne tourne pas en cercle, je ne vois pas bien le rapport avec le sujet...

Mais imaginons que derrière moi il y ai la terre et un gars qu'i m'observe, depuis la terre il me verrait avancer par rapport à lui, pour lui je serait donc en mouvement.
donc toutes ces théories de relativité restreinte/générale (liée à l'espace) se base sur ce principe ?

Non, ce serait beaucoup trop réducteur de dire ça ^^ Je ne dis pas qu'il n'y a absolument rien à voir, mais la RR/RG c'est beaucoup plus que ce "principe". Ce que tu décris là c'est juste un changement de référentiel, et on n'a pas eu besoin d'Einstein pour ça

[Stakhanov21]

dans mon dernier message je parlais uniquement de la notion de référentiel, pour voir si je l'avais bien comprise, mais c'est pas grave je pense avoir compris !

j'ai bien compris que la force centrifuge n'existe pas dans l'iss à cause qu'il y a la force de gravition(qu'on ne voit pas dans le référentiel de "dans la station" ,qui est dans ce cas la force centripète) et donc que la chose qui influe "l'existence de la force centrifuge"""est le référentiel(ce que je traduit par point de vue).

Merci à vous.

[Amanuensis]

d'accord, donc à chaque point de vue par rapport a une situation, il y a dans chaque cas des explications différentes selon ce point de vue, ce qui rend les choses relatives.

Certaines choses, dont la vitesse et les accélérations dites d'entraînement (ce qui inclut l'accélération centrifuge).

par exemple, imaginons que je suis dans mon vaisseau a une certaine vitesse dans l'espace sans aucun astres ou autres autour( du moins dans ma vision), dans le noir total, je n'aurait pas l'impression d'avancer, je serais donc immobile dans mon référentiel dit "dans mon vaisseau".

Oui: si le mouvement est rectiligne uniforme dans un référentiel galiléen, ce qui est une bonne approximation loin de tout astre, aucun mouvement n'est perceptible.

Mais imaginons que derrière moi il y ai la terre et un gars qu'i m'observe, depuis la terre il me verrait avancer par rapport à lui, pour lui je serait donc en mouvement.

Oui

donc toutes ces théories de relativité restreinte/générale (liée à l'espace) se base sur ce principe ?

En gros oui. Mais ce qui est décrit dans ce fil ne fait pas appel à ces théories là, juste à la mécanique classique et on parle de relativité galiléenne.

[Amanuensis]

j'ai bien compris que la force centrifuge n'existe pas dans l'iss à cause qu'il y a la force de gravition(qu'on ne voit pas dans le référentiel de "dans la station" ,qui est dans ce cas la force centripète) et donc que la chose qui influe "l'existence de la force centrifuge"""est le référentiel(ce que je traduit par point de vue).

Pas exactement. Faut répéter ce qui a déjà été écrit. L'accéléraiton centrifuge apparaît ou pas selon le référentiel choisi, et elle n'apparaît pas dans un référentiel galiléen.

Ce qu'il faut expliquer c'est l'immobilité apparente de l'astronaute relativement au référentiel défini par la station. Dans ce référentiel il n'y a ni accélération centrifuge sur l'axe, où sont situés aussi bien (par hypothèse simplificatrice) le centre de masse de la station et celui de l'astronaute. Et la gravitation y est apparemment nulle, ce qui est le cas pour le point origine du référentiel quand celui-ci a un mouvement de chute libre (ce qu'on peut voir aussi comme la gravitation étant compensée par une accélération d'entraînement, mais ce n'est pas une accélération centrifuge (1)).

L'annulation mutuelle de l'accélération de gravitation et de l'accélération centrifuge n'est claire que dans le référentiel tournant dont le point origine est le barycentre station+Terre, ce qu'on assimile au centre de la Terre, et ayant comme propriété que l'axe Terre-station est immobile. Notons que c'est un référentiel rarement utilisé! (Sauf dans le cas d'un satellite géostationnaire, où il se confond avec le référentiel terrestre.)

Règle générale: ne pas s'occuper d'accélération centrifuge dans un premier temps, ne raisonner d'abord que dans des référentiels galiléens.

(1) La vision gravitation nulle est celle qui est adaptée au passage à la relativité générale, où l'accélération de la gravitation est classée parmi celles d'entraînement.