éclaircissements sur la force centrifuge

[sitalgo]

En effet, dans mon empressement à servir mon pays j'ai oublié de préciser que, pour simplifier, on considère un appareil entièrement linéaire.

D'un côté il y a la partie accélératrice, de l'autre la partie freineuse qui sera soit la cible soit le fond de l'appareil ou autre pertes. Ces deux parties sont soumises à des forces qui vont vouloir les séparer. Il y a deux moyens d'éviter cela : soit par un chassis de résistance suffisante, auquel cas le sol ne reçoit qu'une charge verticale, soit ces éléments sont fixés au sol qui reprend alors en plus les charges horizontales.

Pour le cas de la partie circulaire, les protons vont en plus, par le biais du champ magnétique, vouloir dérouler le cercle (comme un tuyau d'arrosage dont on ne tient pas l'extrêmité). Là aussi c'est une question de châssis ou d'ancrage.
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[invite15206f09]

Je prends le débat en cours juste pour le relancer de plus belle sur le coeur du sujet : la nature de la force centrifuge.

Cette force centrifuge a été au coeur d'un autre débat très célèbre celui-là entre deux personnages éminents : Newton et Leibniz.
Leibniz pensait que l'espace n'était pas absolu. Selon lui, l’espace n’était autre qu’un ordre idéal entre les corps coexistants. Il décrit des relations entre les choses comme les distances qui les séparent les unes des autres. L’espace n’a donc pas d’existence en soi, il n’est qu’un moyen commode, via un support mathématique, de décrire des relations entre objets.

Newton était persuadé de l'inverse. Il pensait que l’existence du mouvement absolu impliquait la nécessité d’un espace absolu, aussi imagina-t-il une expérience célèbre connue sous le nom de « seau de Newton » pour démontrer de façon irréfutable la réalité de l’espace absolu.
Prenons un seau rempli d’eau et imprimons-lui un mouvement de rotation. La surface de l’eau contenue dans le seau, sous l’influence de la force centrifuge résultant du mouvement de rotation, s’incurve et dessine une parabole. Au bout d’un moment, sous l’action des frottements, le seau et l’eau tournent exactement à la même vitesse.

Dans le référentiel de l’expérimentateur, il est tout à fait normal que la surface de l’eau soit incurvée puisque celle-ci est soumise à la force centrifuge engendrée par la rotation du seau. Plaçons-nous maintenant dans le référentiel du seau. Le seau tourne à la même vitesse que l’eau, il s’ensuit donc que du point de vue du seau, l’eau est immobile. Pourtant la surface de l’eau est incurvée, ce qui n’est pas compatible avec les lois de la mécanique. Il faut en conclure qu’un mouvement de rotation est décelable de façon absolue ou encore, exprimé autrement, il n’existe aucun moyen de se soustraire d’un mouvement de rotation. Newton en déduisit que le mouvement de rotation est un mouvement absolu.

(Ce texte est tiré d'un bouquin qui vient de paraître aux éditions Ellipses : A la recherche de l'espace et du temps perdus.)

En fait, on ne connaît toujours pas la cause réelle de la force centrifuge et d'une manière générale des forces d'inertie. Une explication possible est celle d'Ernst Mach.

Selon Mach, le mouvement, en tant qu’expérience physique concrète, ne peut être soustrait de son environnement. Il n’existe pas de points abstraits dans l’espace sur lesquels fonder un référentiel absolu auquel il serait possible de rapporter tous les mouvements. Au contraire, le mouvement est nécessairement rapporté à d’autres corps qui nous servent de repères. En l’absence de ces corps de référence, le mouvement s’évanouit ! En effet, si l’on imagine un Univers ne contenant qu’un seul et unique corps, comment serait-il possible de parler du mouvement de ce dernier ? Quel sens donner à ce mouvement ? A quoi rapporter le mouvement afin de le constater ?
Pour appréhender effectivement le mouvement d’un corps K, il faut donc se référer à d’autres corps A, B, C, … dans l’Univers. Mais ces corps sont eux-mêmes mobiles et l’appréhension de leur mouvement respectif nécessite à son tour d’autres corps de référence. En étendant ce raisonnement on en conclut très rapidement que le mouvement ne peut être conçu que relativement à l’ensemble de l’Univers ! Le seul référentiel auquel peut être rapporté le mouvement est l’Univers tout entier.
Appliquons avec Mach cette nouvelle conception du mouvement à l’expérience du seau de Newton. Newton prétendait que le mouvement de rotation de l’eau était un vrai mouvement absolu. Or, le mouvement de l’eau dans le seau doit être rapporté à l’ensemble des corps de l’Univers pour être décrit complètement. Maintenant, arrêtons le mouvement de rotation de l’eau dans le seau et imprimons un mouvement de rotation en sens inverse à l’ensemble des autres corps de l’Univers. Que se passe-t-il ? Les relations spatiales qui lient le seau aux autres corps de l’Univers sont inchangées, que le seau tourne et les autres corps restent fixes ou l’inverse. Les deux situations sont absolument indiscernables en termes de relations spatiales. Il faut donc s’attendre à ce que la surface de l’eau s’incurve comme dans l’expérience de Newton ! Ainsi selon Mach, tous les mouvements, quels qu’ils soient, uniformes ou accélérés, sont relatifs au reste de l’Univers.

Les forces d'inertie, dont la force centrifuge, seraient donc, selon l'interprétation machienne, une résistance engendrée par l'ensemble de l'univers sur le changement de mouvement !
Voir sur ce sujet les pages suivantes : http://chaos.fullerton.edu/~jimw/gen...rtia/index.htm

Désolé d'avoir été aussi long, mais je pense que ces informations sont fondamentales pour appréhender les forces d'inertie.

[BrainMan]

Les forces d'inertie, dont la force centrifuge, seraient donc, selon l'interprétation machienne, une résistance engendrée par l'ensemble de l'univers sur le changement de mouvement !

Tout a fait d'accord.
A ma connaissance, la force d'inertie n'est liee à aucune force connue, par exemple la force gravitationelle comme dans le cas du seau.
Tout ce que l'on peut dire c'est qu'une force opposée à cette resistance doit être appliquée pour modifier le vecteur inertiel. Ce vecteur inertiel depend de la masse de l'objet concerné et de son vecteur vitesse.
On parle bien de masse et non pas de poids.
C'est le principe de conservation de la quantité de mouvement.

Si quelqu'un a une piste plus concrete concernant la nature de cette resistance, je suis prenneur.

[melchisedec]

Tout a fait d'accord.
A ma connaissance, la force d'inertie n'est liee à aucune force connue, par exemple la force gravitationelle comme dans le cas du seau.
Tout ce que l'on peut dire c'est qu'une force opposée à cette resistance doit être appliquée pour modifier le vecteur inertiel. Ce vecteur inertiel depend de la masse de l'objet concerné et de son vecteur vitesse.
On parle bien de masse et non pas de poids.
C'est le principe de conservation de la quantité de mouvement.

Si quelqu'un a une piste plus concrete concernant la nature de cette resistance, je suis prenneur.

Ne peut-on pas concevoir l'inertie comme une antigravité naturelle, c'est à dire au sens de la RG une bosse en sens inverse (par rapport à la gravité) de l'espace-temps ?

D'autre part, pour véhiculer une information comme une poussée par exemple, dans un objet tridimensionnel, il faut que chaque molécule chaque atome ait le temps à la vitesse de la lumière de véhiculer cette poussée. Or si la vitesse c est très rapide, il y a des milliards d'atomes à informer, d'où cet effet retard interprété comme une résistance au changement de vitesse qu'on appelle l'inertie, non ?

[melchisedec]

Les forces d'inertie, dont la force centrifuge, seraient donc, selon l'interprétation machienne, une résistance engendrée par l'ensemble de l'univers sur le changement de mouvement !
Voir sur ce sujet les pages suivantes : http://chaos.fullerton.edu/~jimw/gen...rtia/index.htm

Si c'est le cas, une force d'inertie est donc nécessairement toujours extérieur à un système, ce qui sous-tend qu'il peut exister potentiellement un mode de propulsion qui s'appuie dessus sans violer la conservation de l'énergie en englobant l'univers entier.

[b@z66]

Il faudra par ailleurs m'expliquer comment une machine à laver dont le linge crée un balourd peut-elle sauter en l'air de quelques millimètres alors qu'en dehors de son poids et de la réaction du sol, il ne devrait y avoir rien d'autres (dans l'hypothèse où on dit que la force centrifuge est "intérieure" au système)

A partir du moment où on peut modifier même d'un micron l'emplacement du centre de gravité d'un système isolé, le principe d'inertie n'est plus totalement bon, non ?

Comparer une machine à laver à un système isolé est un peu abusif d'autant plus qu'en principe on n'alimente pas cette machine avec une batterie.
Ce qui se passe vient du fait que l'énergie fournie à la machine sert à mettre le linge et l'eau en mouvement. Le collisionnement de ces derniers avec les parois du tambour font que la carcasse de la machine va dans un sens et le linge+eau dans l'autre mais au final le centre de gravité du tout ne bouge pas (en supposant la machine en apesanteur).
Dans le cas où la machine repose sur Terre, il faut intégré la Terre dans le système isolé et c'est le centre de gravité Terre+Machine+linge qui ne bouge pas.

[BrainMan]

D'autre part, pour véhiculer une information comme une poussée par exemple, dans un objet tridimensionnel, il faut que chaque molécule chaque atome ait le temps à la vitesse de la lumière de véhiculer cette poussée. Or si la vitesse c est très rapide, il y a des milliards d'atomes à informer, d'où cet effet retard interprété comme une résistance au changement de vitesse qu'on appelle l'inertie, non ?

J'aime bien la precision, objet tridimentionnel.

Informer un atome de son etat me parait mal exprimé.
De maniere tres formelle.
Disons plutot que l'atome est dans un etat observé avant la poussée et que cet atome est dans un autre etat observé apres.
On peut dire que l'information concernant cet atome a changé.
S'il y a une relation entre Information et Energie, l'Energie a changée.
La question est : Faut-il de l'energie ou plutot, est-ce qu'il y a transfert d'energie lors de la deviation de l'atome.

Dans le cas ou plusieurs milliards d'atomes sont en jeu,
Il est effectivement interresant de se poser la question
à quelle vitesse se redisposent les atomes lorsque certains ont été déplacés.
Si l'inertie est directement proportionelle à la masse, on peut y voir une correlation avec le nombre des atomes.

Malheureusement, selon l'inegalité d'Heisenberg, il est fondamentalement impossible de mesurer avec precision la Position d'un objet ET sa Vitesse.

Quelqu'un connait des experiences concretes qui aurait été menées, concernant la nature de l'inertie ?

[b@z66]

D'autre part, pour véhiculer une information comme une poussée par exemple, dans un objet tridimensionnel, il faut que chaque molécule chaque atome ait le temps à la vitesse de la lumière de véhiculer cette poussée. Or si la vitesse c est très rapide, il y a des milliards d'atomes à informer, d'où cet effet retard interprété comme une résistance au changement de vitesse qu'on appelle l'inertie, non ?

Je sais pas vraiment ce que l'inertie vient faire la-dedans personellement... Cet exemple traduit simplement le fait que les interactions fondamentales ne se propagent pas à une vitesse supèrieures à c dans la matière ou ailleurs.
Par exemple, dans la détermination de la vitesse des ondes électromagnétiques cela ne dépend que des équations de maxwell et pas de l'inertie à mon souvenir.
De même avant la relativité, le principe de l'inertie était déjà admis et rien n'interdisait aux physiciens d'imaginer des objets avec des vitesses quasis infinies.

[b@z66]

De même avant la relativité, le principe de l'inertie était déjà admis et rien n'interdisait aux physiciens d'imaginer des objets avec des vitesses quasis infinies.

J'oubliais de préciser que l'inertie étant admise, la propagation des interactions fondamentales de façon instantannée n'était pas interdite avant la relativité.

[melchisedec]

J'aime bien la precision, objet tridimentionnel.

Tout simplement parce que jusqu'à preuve du contraire rien ne s'oppose à l'existence d'objets de dimensions autres que 3.

[melchisedec]

POur en finir avec mon sujet, une question d'ordre général de mécanique. Est-il interdit à un système isolé du point de vue des forces extérieures de se déplacer si par exemple plutôt que des forces extérieures on lui apporte une source d'énergie extérieure, du genre électricité (par câble par exemple) ?

[b@z66]

POur en finir avec mon sujet, une question d'ordre général de mécanique. Est-il interdit à un système isolé du point de vue des forces extérieures de se déplacer si par exemple plutôt que des forces extérieures on lui apporte une source d'énergie extérieure, du genre électricité (par câble par exemple) ?

En principe, quand on dit énergie, on parle également de force. Quand on apporte de l'énergie de l'extérieur, cela passe obligatoirement par une force (une interaction). Dans le cas d'un cable électrique, cela revient à appliquer un champ électrique par l'intermédiaire du cable. Si cette énergie ne reste pas que potentielle (force ne travaillant pas), cela provoque alors des changements énergétiques dans ton système, en particulier pour ce qui concerne l'énergie cinétique.

[melchisedec]

En principe, quand on dit énergie, on parle également de force. Quand on apporte de l'énergie de l'extérieur, cela passe obligatoirement par une force (une interaction). Dans le cas d'un cable électrique, cela revient à appliquer un champ électrique par l'intermédiaire du cable. Si cette énergie ne reste pas que potentielle (force ne travaillant pas), cela provoque alors des changements énergétiques dans ton système, en particulier pour ce qui concerne l'énergie cinétique.

Donc pas d'interdiction de principe qu'un tel système avance sans support ?

[b@z66]

Donc pas d'interdiction de principe qu'un tel système avance sans support ?

Effectivement, mais c'est ce qui se passe déjà dans le cas d'un train électrique par exemple (je suis rester un grand enfant ) : il n'y a personne pour le pousser mais des forces d'origines électriques servent à convertir l'énergie électrique en mécanique. Le système toutefois n'est pas isolé puisqu'il est alimenté en permanence par le secteur. C'est en cela que le système peut se mettre en mouvement car la quantité de mouvement ne se conserve alors pas.

[sitalgo]

"POur en finir avec mon sujet, une question d'ordre général de mécanique. Est-il interdit à un système isolé du point de vue des forces extérieures de se déplacer si par exemple plutôt que des forces extérieures on lui apporte une source d'énergie extérieure, du genre électricité (par câble par exemple) ?"

"Donc pas d'interdiction de principe qu'un tel système avance sans support ?"

Que la source d'énergie soit alain ou alex térieur ne change rien. En l'absence de support il faut éjecter de la matière ou profiter d'un champ magnétique (que l'on peut considérer comme un support) pour accélérer le système.

[melchisedec]

[QUOTE=sitalgoQue la source d'énergie soit alain ou alex térieur ne change rien. En l'absence de support il faut éjecter de la matière ou profiter d'un champ magnétique (que l'on peut considérer comme un support) pour accélérer le système.[/QUOTE]

Imaginez une demi sphère qui tourne de plus en plus vite.
D'après la relativité plus on s'éloigne du centre plus la masse est grande avec la vitesse angulaire. donc à priori dans un tel système par exemple, on fait se déplacer le centre de gravité sans apport direct de force extérieure (mais juste d'énergie pour la rotation). J'ai pris volontairement une demi-sphère pour l'asymétrie. On crée même un différentiel (je devrais peut être dire un gradient) de champ de gravité qui devrait en théorie créer une propulsion (il est vrai qu'il faudrait qu'une telle demi-sphère atteigne des vitesses relativites)

[sitalgo]

Il suffit de prendre une machine contenant une partie tournante non équilibrée (on revient à la machine à laver), que la masse tournante augmente ou non, on reste avec une oscillation autour d'un point.
Avec un gyroscope on pourra changer l'orientation de la machine, mais toujours en restant sur place.

[melchisedec]

Il suffit de prendre une machine contenant une partie tournante non équilibrée (on revient à la machine à laver), que la masse tournante augmente ou non, on reste avec une oscillation autour d'un point.
Avec un gyroscope on pourra changer l'orientation de la machine, mais toujours en restant sur place.

Je pense que vous n'avez pas bien lu ma dernière intervention sur une demi-sphère tournant à vitesse relativiste, comme la masse augmente proportionnellement à la vitesse angulaire, il y aura bel et bien déplacement du centre de gravité

[sitalgo]

Cette augmentation de masse ne s'effectuant pas dans une direction privilégiée, mais sur 2pi, pour chaque tour du rotor on aura simplement une oscillation plus importante.

Pour avancer il faudrait accélérer la masselote jusqu'à une vitesse relativiste d'un angle 0 à pi puis déccélérer de pi à 2pi pour revenir au point 0 à une vitesse sensiblement inférieure.
De cette façon la masse étant plus grande quand elle est côté pi, on aurait un déséquilibre des forces centrifuges qui ferait avancer l'ensemble.
Ce qui consommerait une énergie colossale pour accélérer et freiner cette masselote (plusieurs dizaines de milliers de km/s au minimum en un demi-tour) en regard de l'énregie récupérée.

Le rendement doit être plus mauvais que d'équiper un vaisseau spatial d'un moteur à explosion dont on utiliserait les gaz d'échappement comme propulsion.