La force centrifuge qui n'existe pas

[Papipio]

Bonjour,
Comment se fait-il que des physiciens parlent de force centrifuge (qui n'existe pas), alors qu'on doit parler de force centripète et eventuekllement de sa non existence ?
Pierre
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[Lansberg]

Bonjour,

c'est une question de référentiel c'est à dire, pour faire simple, du point de vue où l'on se place pour étudier le mouvement. Dans un système en rotation, comme une voiture dans un virage, le référentiel associé à la voiture est non galiléen (c.a.d différent du mouvement rectiligne à vitesse constante). Dans ce référentiel vous ressentez une force qui vous éloigne du centre de rotation donc une force centrifuge, qui a tendance à vous éjecter de la trajectoire. Pour un objet en mouvement dans la voiture s'exerce aussi la force de Coriolis (très faible dans ce cas, mais importante pour les masses d'air à la surface de la Terre). L'étude du mouvement dans le référentiel non galiléen tient compte des forces réelles (poids, réaction du support, frottements....) et de ces autres forces dites d'inertie (ou pseudo-forces) comme la force centrifuge. Vu de l'extérieur depuis un référentiel galiléen, ces forces d'inertie n'existent pas. Le mouvement s'étudie uniquement avec les forces réelles.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Le soucis vient que certaines forces ont été baptisées "fictives" que d'aucuns traduisent par "qui n'existent pas" .
Mais ce n'est pas une vision correcte, si on est en mouvement assis dans une voiture qui prend un tournant, on ressent parfaitement l'effet de la force centrifuge. Comme on ne peut pas ressentir l'effet de quelque chose qui n'existe pas, et bien la force centrifuge existe. (mais elle n'est pas une interaction fondamentale).

Pour décrire certains phénomènes physiques, on doit définir un référentiel d'espace et de temps, et si on utilise un référentiel dit inertiel (ou Galiléen) , on n'a pas besoin de la notion de force centrifuge, on utilise une force centripète ... Et donc certains disent "que la force centrifuge n'existe pas, mais cela ne veut rien dire.
Parmi les forces "fictives", il y a aussi la force de Coriolis et bien d'autres.
Si on veut décrire certains phénomènes physiques et qu'on a choisi un référentiel non galiléen, on doit introduire des forces dites fictives pour pouvoir faire l'étude, c'est à dire qu'on veut utiliser le théorème de l'inertie (valable dans les référentiels galiléens), mais que c'est parfois impossible sans introduire dans l'étude des forces dites fictives (mais qui on un effet bien concret sur l'étude des déplacements)

Ce que les physiciens entendent par « fictive » (ou force d'inertie), c’est simplement que cette force ne provient pas d'une interaction fondamentale (comme la gravité, l'électromagnétisme ou le contact direct avec un autre objet).
Elle provient uniquement de la géométrie du référentiel choisi.
Dans le virage, personne ne vous pousse physiquement vers l'extérieur. C'est le changement de direction de la voiture (le référentiel) qui fait apparaître cette force dans votre équation de mouvement.

Bref, il ne faut pas dire qu'une "force fictive" est une "force qui n'existe pas" mais bien que c'est "une force qui dépend du référentiel d'étude choisi".
La force centrifuge n'est pas une interaction, c'est une manifestation de votre inertie dans un référentiel accéléré.

[stefjm]

Ces forces fictives s'appellent aussi des force d'entrainement et c'est une dénomination plus claire, de mon point de vue.
Les forces d'interactions induisent la variation de vitesse (accélération) et donc possiblement du mouvement.

Les variations de vitesses (pour un référentiel donné) induisent des forces d'entrainement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Bonjour,

Ces forces fictives s'appellent aussi des force d'entrainement.

De mon point de vue, que je partage, le terme entrainement se réfère au point coïncident (c'est peut-être ce qui est sous-entendu dans ces forces), et dans ce cadre, la force d'inertie se décompose en deux : entrainement et complémentaire (ou Coriolis, cela donne toujours F_C !)

[stefjm]

Je n'ai jamais trouvé ces noms très clairs.
D'autant que c'est juste de la composition de dérivation.
Presque + des mathématiques que de la physique...

[Tifoc]

Bonjour

vous ressentez une force qui vous éloigne du centre de rotation

si on est en mouvement assis dans une voiture qui prend un tournant, on ressent parfaitement l'effet de la force centrifuge

Ah bon ?
Je n'ai jamais rien ressenti de tel...
Par contre, dans un virage "serré", par exemple à gauche, je ressent bien la force exercée par le siège sur ma fesse doite. Elle a une composante verticale ascendante, et une composante centripete.
Et si je suis passager et que je dors, je ressent bien la force (centripete) exercée par la portière sur mon épaule droite. Et quand j'ouvre les yeux, on est déjà bien avancé dans le virage.

L'étude du mouvement dans le référentiel non galiléen...

C'est à dire celui du véhicule ? Ben... y a pas de mouvement dans ce repère

[gts2]

Ben... y a pas de mouvement dans ce repère

Justement, s'il n'y pas mouvement, la somme des forces est nulle (dans ce référentiel) et on interprète "je ressent bien la force (centripète) exercée par le siège" comme : il existe donc une force centrifuge qui l'annule.

[stefjm]

C'est toujours le fameux action-réaction et c'est impossible de dire localement ce qui actionne et ce qui réactionne, puisqu'instantannée et donc sans causalité facilement identifiable.

[yvon l]

Bonjour,
Pour moi c’est un problème lié au travail de la force.
Le travail d'une force fictive n'est qu'un artifice de calcul imposé par la volonté de faire de la physique dans un mauvais système de coordonnées.
​Le travail réel (physique) est une grandeur intrinsèque qui mesure une déformation ou un transfert d'énergie d'interaction, et il ne dépend d'aucun observateur.

[gts2]

de faire de la physique dans un mauvais système de coordonnées.

Quand on est sur Terre, il parait logique de faire de la physique dans le référentiel terrestre même si c'est "un mauvais système de coordonnées".
Quand on calcule le travail du poids, il faut décomposer le travail en travail réel (gravitationnel) et travail fictif (lié à la force centrifuge) ?

[yvon l]

Oui, c est logique mais compliqué...
C'est précisément pour dépasser cette dépendance abusive envers l'observateur que la physique a évolué.Voir mécanique analytique (Lagrange ...)

[gts2]

Le lagrangien ne change pas grand chose : on ajoute des "trucs" comme en mécanique newtonienne.
Il faut passer à autre chose : changer la signification de la dérivée.

[coussin]

Il faut passer à autre chose : changer la signification de la dérivée.

Les forces d'entrainement ou autres peuvent être décrites de manière élégantes en utilisant la dérivée covariante à la place de la dérivée usuelle. Les termes d'entrainement apparaissant sous forme de connections (coeffs de Christoffel).

[Black Jack 2]

Bonjour


Ah bon ?
Je n'ai jamais rien ressenti de tel...
Par contre, dans un virage "serré", par exemple à gauche, je ressent bien la force exercée par le siège sur ma fesse doite. Elle a une composante verticale ascendante, et une composante centripete.
Et si je suis passager et que je dors, je ressent bien la force (centripete) exercée par la portière sur mon épaule droite. Et quand j'ouvre les yeux, on est déjà bien avancé dans le virage.


C'est à dire celui du véhicule ? Ben... y a pas de mouvement dans ce repère

Question de point de vue. Quand je suis dans un lieu (une voiture), je la prends naturellement comme référence et parfois, il a un fantome qui me pousse vers un flanc de la voiture, c'est monsieur Force centrifuge.
Qui a t-il là dedans qui dérange ? C'est normal de prendre la voiture comme référence plutôt qu'une borne kilométrique sur le bord de la route du moins pour décrire une multitude de phénomènes.
Suivant les cas, la description d'un phénomène est plus facile dans un référentiel galiléen et parfois c'est plus facile avec un autre référentiel. Par exemple étudier l'équation de la position en fonction du temps du passager de la voiture assis sur le siège près du mien ...

[yvon l]

Les forces d'entrainement ou autres peuvent être décrites de manière élégantes en utilisant la dérivée covariante à la place de la dérivée usuelle. Les termes d'entrainement apparaissant sous forme de connections (coeffs de Christoffel).

Exacte. La dérivation naïve qui est utilisée pour démontrer la formule de l énergie cinétique n est correcte que si on se réfère à une des extrémités du chemin sur lequel l intégrale se porte. C’est la condition pour transformer la différentielle en intégrale définie rigoureuse. La dérivée covariante montre le travail d’entraînement distinct du travail réel. Ce dernier est un artefact qui ne produit pas nécessairement de tranfert d énergie.

[JefM]

https://xkcd.com/123/

[Cyrano]

Bonjour,

Le soucis vient que certaines forces ont été baptisées "fictives" que d'aucuns traduisent par "qui n'existent pas" .
Mais ce n'est pas une vision correcte, si on est en mouvement assis dans une voiture qui prend un tournant, on ressent parfaitement l'effet de la force centrifuge. Comme on ne peut pas ressentir l'effet de quelque chose qui n'existe pas, et bien la force centrifuge existe. (mais elle n'est pas une interaction fondamentale).

en fait non pas vraiment, ce que tu ressens, c'est la force des sièges qui te force justement à tourner avec la voiture. Une mouche qui volerait dans la voiture aurait un mouvement apparemment accéléré par rapport à la voiture (en volant en ligne droite par rapport au référentiel galiléen), interprété comme l'effet de la force centrifuge, mais ne ressentirait rien. C'est d'ailleurs la même chose avec la gravitation, on ne la sent que si une force extérieure y résiste (la résistance du sol sur la Terre) mais dans l'espace on est en apesanteur apparente et on ne ressent rien.

[Black Jack 2]

en fait non pas vraiment, ce que tu ressens, c'est la force des sièges qui te force justement à tourner avec la voiture. Une mouche qui volerait dans la voiture aurait un mouvement apparemment accéléré par rapport à la voiture (en volant en ligne droite par rapport au référentiel galiléen), interprété comme l'effet de la force centrifuge, mais ne ressentirait rien. C'est d'ailleurs la même chose avec la gravitation, on ne la sent que si une force extérieure y résiste (la résistance du sol sur la Terre) mais dans l'espace on est en apesanteur apparente et on ne ressent rien.

Ne raconte pas de sottises. C'est uniquement une question de choix de référentiel.
Si on utilise un référentiel en accélération (une voiture qui prend un tournant par exemple), on ne peux pas étudier les mouvements sans introduire des forces dites "fictives", comme par exemple la force centrifuge. Dans les études avec un tel référentiel, ces forces ont des effets qui se ressentent et permettent de décrire de qui est observé.
L'étude de ces mêmes mouvements avec un choix de référentiel Galiléen n'a aucun besoin de ces forces inertielles (centrifuge et autres).
Mais on choisit de préférence un référentiel le plus approprié qui soit pour faire une étude de mouvement.
Si on veut décrire le mouvement d'une bille posée sur la tablette d'un wagon quand le train roule sur une portion courbe de la voie, l'observateur le mieux placé est dans le train et son référentiel sera donc lié au train (donc non galiléen) ... et il devra introduire la force centrifuge pour décrire et expliquer le mouvement qu'il observe de la bille ... et peu lui importe que la bille tente de poursuivre sa route sans dévier par rapport à un observateur qui est sur le quai de la gare ... donc qui voit ce qui se passe avec un référentiel galiléen (enfin presque).
Dire que la force centrifuge existe ou n'existe pas ne veut rien dire. Elle est inutile pour des études de mouvements dans un référentiel galiléen et elle est indispensable avec des référentiels non galiléens.
Comme je l'ai écrit, les physiciens qualifient de fictives (mot malheureux, car pas du tout synonyme de n'existe pas) les forces indispensables pour faire des études de mouvements avec des référentiels non galiléens, mais qui ne proviennent pas d'une interaction fondamentale (comme la gravité, l'électromagnétisme ou le contact direct avec un autre objet).
Elles proviennent uniquement du référentiel choisi.

[Cyrano]

Ne raconte pas de sottises. C'est uniquement une question de choix de référentiel.
Si on utilise un référentiel en accélération (une voiture qui prend un tournant par exemple), on ne peux pas étudier les mouvements sans introduire des forces dites "fictives", comme par exemple la force centrifuge. Dans les études avec un tel référentiel, ces forces ont des effets qui se ressentent et permettent de décrire de qui est observé.

je n'ai pas dit le contraire, mais justement un simple choix de référentiel ne peut pas changer ton "ressenti", qui est ton accélération propre (celle dans ton propre référentiel). Les forces d'inertie, comme la gravitation d'ailleurs, ne provoquent pas de ressenti d'accélération. Si tu lances un accéléromètre en l'air pendant qu'une voiture tourne, il indique 0 bien que son mouvement semble accéléré, et inversement il indique une accélération si il est collé à la voiture bien qu'il semble immobile dans le référentiel de la voiture. C'est en ça que ce sont des pseudo-forces : elle ne changent pas l'indication d'un accéléromètre calibré à 0 dans un référentiel galiléen.

[gts2]

C'est en ça que ce sont des pseudo-forces : elle ne changent pas l'indication d'un accéléromètre calibré à 0 dans un référentiel galiléen.

Un accéléromètre calibré à 0 dans un référentiel galiléen puis fixé dans une voiture, indique bien une valeur non nulle quand la voiture tourne, non ?

[Cyrano]

oui mais à cause de la force qui s'applique sur lui pour le forcer à tourner avec la voiture (le contact avec son support), qui elle est une "vraie" force, pas à cause de la force centrifuge (l'accélération qu'il indique est d'ailleurs centripète, pas centrifuge).

[stefjm]

Le ballon à l'hélium dans la voiture est aussi très instructif, lors des virages ou accélération linéaire...

[mach3]

Je plussoie sur cyrano. Les forces fictives ne se "sentent" pas (tout comme la gravitation), ce qu'on "sent" ce sont les forces qu'elles sont sensées compenser pour que notre mouvement soit rectiligne uniforme dans le référentiel non galiléen choisi. On peut remplacer "sentir" par "mesurer avec un accéléromètre" bien-sûr.

m@ch3

[Black Jack 2]

je n'ai pas dit le contraire, mais justement un simple choix de référentiel ne peut pas changer ton "ressenti", qui est ton accélération propre (celle dans ton propre référentiel). Les forces d'inertie, comme la gravitation d'ailleurs, ne provoquent pas de ressenti d'accélération. Si tu lances un accéléromètre en l'air pendant qu'une voiture tourne, il indique 0 bien que son mouvement semble accéléré, et inversement il indique une accélération si il est collé à la voiture bien qu'il semble immobile dans le référentiel de la voiture. C'est en ça que ce sont des pseudo-forces : elle ne changent pas l'indication d'un accéléromètre calibré à 0 dans un référentiel galiléen.

L'observateur situé sur le bord de la route ne ressent rien du tout quand une voiture prend un virage. (référentiel galiléen)
L'observateur dans la voiture ressent parfaitement "quelque chose" qui le pousse vers l'extérieur du virage. (référentiel en accélération, donc pas galiléen).
Le ressenti est bien là, si "l'observateur" a les yeux fermés, il ignore ce que fait la voiture par rapport à la route, il ressent bien "quelque chose" qui agit sur lui et le pousse vers un flanc de la voiture. Il doit expliquer ce qu'il ressent "dans son monde", donc dans son référentiel (la voiture) qui n'est pas galiléen.

Mon référentiel, quand je suis dans la voiture est lié à la voiture, j'observe et ressens ce qui se passe par rapport à la voiture.
Mon référentiel, quand je suis sur le bord de la route est lié à la Terre, j'observe et je ressens ce qui se passe par rapport à la Terre.

Si je tiens un accéléromètre en main dans une voiture en accélération et le lâche:
Avant le lâcher : L'appareil indique l'accélération de la voiture (vers l'avant) combinée à la gravité terrestre.
À l'instant précis du lâcher : L'affichage tombe instantanément à 0 m/s² (ou 0 g).
Pendant la chute (dans l'habitacle) : L'appareil indique 0 m/s².
Pour un observateur dans la voiture, l'accéléromètre semble "propulsé" vers l'arrière (car la voiture accélère) et vers le bas, mais l'appareil lui-même ne ressent aucune force de contact.
... Pour un observateur dans la voiture, l'accéléromètre semble "propulsé" vers l'arrière et vers le bas, bien que l'appareil lui-même ne ressent aucune force de contact.
Pour l'observateur dans la voiture ... pour traduire le mouvement observé de l'accéléromètre, ll y a une force qui le pousse vers l'arrière... c'est une force d'inertie (baptisée idiotement force fictive), sans laquelle la description du mouvement de l'accéléromètre est impossible à expliquer (dans le référentiel de la voiture (non galiléen) ... qui est pourtant le mieux adapté à l'observation du phénomène).
Pendant sa chute, l'accéléromètre n'est plus "lié" à la voiture, son "référentiel" ou celui d'une mouche qui observerait en étant posée sur l'accéléromètre ne serait plus lié à la voiture ... mais ne serait pas non plus galiléen (à cause de l'accélération de la pesanteur), et donc pour cette mouche, elle devrait aussi introduire des forces fictives pour décrire les mouvements de ce qui l'entoure (par exemple celui du passager de la voiture, ou du quidam sur le bord de la route).

Le principe d'inertie, ou première loi de Newton, énonce que dans un référentiel galiléen, tout objet conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si la somme des forces extérieures qui s'exercent sur lui est nulle. Comme on l'utilise tel quel même avec des référentiels non galiléens ... on doit bien corriger les erreurs que cela entraine, et donc en introduisant des forces inertielles. Et bien entendu, l'observateur qui décrit les mouvements avec un tel référentiel, voit les effets sur les mouvements observés de ces forces dites fictives et les ressens... et aveugle de ce qui se passe "ailleurs", il n'est pas question pour lui ne ne pas considérer ces forces comme existantes quand bien même elles ne proviennent pas d'une interaction fondamentale (comme la gravité, l'électromagnétisme ou le contact direct avec un autre objet).

Déjà dit :
Bref, il ne faut pas dire qu'une "force fictive" est une "force qui n'existe pas" mais bien que c'est "une force qui dépend du référentiel d'étude choisi".
La force centrifuge n'est pas une interaction, c'est une manifestation de votre inertie dans un référentiel accéléré.
... mais ces forces fictives sont indispensables pour décrire les mouvements dans un référentiel non galiléen.

L'auteur de la question initiale (Papipio) trouvera peut être de quoi méditer sur la portée de sa question.

[Cyrano]

L'observateur situé sur le bord de la route ne ressent rien du tout quand une voiture prend un virage. (référentiel galiléen)
L'observateur dans la voiture ressent parfaitement "quelque chose" qui le pousse vers l'extérieur du virage. (référentiel en accélération, donc pas galiléen).
Le ressenti est bien là, si "l'observateur" a les yeux fermés, il ignore ce que fait la voiture par rapport à la route, il ressent bien "quelque chose" qui agit sur lui et le pousse vers un flanc de la voiture. Il doit expliquer ce qu'il ressent "dans son monde", donc dans son référentiel (la voiture) qui n'est pas galiléen.

ce qu'il ressent, c'est la force réelle du support qui le pousse non pas vers l'extérieur, mais vers l'intérieur du virage (centripète donc). Encore une fois un accéléromètre indiquera une accélération centripète (l'accélération propre, celle qui est mesurée dans un référentiel galiléen).

Mon référentiel, quand je suis dans la voiture est lié à la voiture, j'observe et ressens ce qui se passe par rapport à la voiture.
Mon référentiel, quand je suis sur le bord de la route est lié à la Terre, j'observe et je ressens ce qui se passe par rapport à la Terre.

le ressenti, c'est ce que tu ressens quand tu fermes les yeux, c'est intrinsèque et ça ne dépend pas du référentiel, c'est comme le temps propre en relativité.

Pour l'observateur dans la voiture ... pour traduire le mouvement observé de l'accéléromètre, ll y a une force qui le pousse vers l'arrière... c'est une force d'inertie (baptisée idiotement force fictive)

tu viens toi même de donner l'explication de pourquoi on rajoute "fictive", et ce n'est pas une notion idiote : c'est justement qu'un acceléromètre soumis à cette force "fictive" n'indique aucune accélération (il reste à 0) alors que lorsqu'il est soumis à une force réelle F, il indique une accélération F/m . C'est une différence réelle, mesurable objectivement, donc ce n'est pas "idiot" de lui donner un nom.

[polo974]

ce qu'il ressent, c'est la force réelle du support qui le pousse non pas vers l'extérieur, mais vers l'intérieur du virage (centripète donc). Encore une fois un accéléromètre indiquera une accélération centripète (l'accélération propre, celle qui est mesurée dans un référentiel galiléen).
...

Sur terre, la gravité exerce une accélération de 9.8 m/s² vers le sol. Donc sur un pendule avec une masse au bout d'un kg (et corde de masse négligeable), Il y a une force de 9.8 N qui tend la corde.
Faisons tourner ce pendule autour d'un axe vertical de telle façon que la corde soit à 45°.
Fais les calculs et montre moi qu'il y a une force centripète dans la corde...

Perso, je trouve une force d'environ 13.9 N et si je décompose, je trouve une force centrifuge et non centripète...

[Cyrano]

Sur terre, la gravité exerce une accélération de 9.8 m/s² vers le sol. Donc sur un pendule avec une masse au bout d'un kg (et corde de masse négligeable), Il y a une force de 9.8 N qui tend la corde.
Faisons tourner ce pendule autour d'un axe vertical de telle façon que la corde soit à 45°.
Fais les calculs et montre moi qu'il y a une force centripète dans la corde...

Perso, je trouve une force d'environ 13.9 N et si je décompose, je trouve une force centrifuge et non centripète...

ben il faut juste que tu révises ta physique alors.

Le mouvement est circulaire donc l'accélération (et donc la force ) est centripète (la projection de la tension de la corde sur l'horizontale est dirigée vers l'axe de rotation).

[polo974]

ben il faut juste que tu révises ta physique alors.

Le mouvement est circulaire donc l'accélération (et donc la force ) est centripète (la projection de la tension de la corde sur l'horizontale est dirigée vers l'axe de rotation).

Si la corde tire vers l'intérieur, c'est qu'il y a une force qui tire la masse vers l'extérieur, tout comme la corde tire vers le haut parce qu'il y a une force qui tire la masse vers le bas.

Ce n'est pas pour rien que j'ai pris l'exemple du pendule...

[Cyrano]

Si la corde tire vers l'intérieur, c'est qu'il y a une force qui tire la masse vers l'extérieur

désolé, mais non.

Tu n'as pas parlé de référentiel : ce que tu dis n'est vrai que dans le référentiel tournant où le pendule apparait comme immobile, et oui, dans ce cas , il faut une force centrifuge pour équilibrer la tension de la corde centripete. Mais ce n'est vrai que dans le référentiel tournant. Dans le référentiel terrestre, le pendule a un mouvement circulaire, la gravité verticale est compensée par la tension verticale de la corde, et il reste la tension horizontale qui est bien centripète, et c'est tout.

PErsonne n'a nié qu'il fallait mettre des forces d'inertie pour que la loi de Newton ∑F = ma soit valable dans un référentiel quelconque, ce n'est pas le sujet. Le sujet c'est que ces forces d'inertie ne sont pas comme d'autres forces physiques car contrairement aux forces physiques, elles ne provoquent pas "d'accélération propre" qui est à distinguer de l'accélération apparente dans le référentiel. Si tu mets un accéléromètre (calibré à zéro dans l'espace intersidéral) à la place de ton pendule, il montrera une accélération centripète (plus exactement une accélération dans le sens de la tension de la corde, vers l'intérieur et vers le haut, car c'est la seule force physique qui s'exerce sur lui).