Cet article explique ce qu'est la force centripète en physique. Ainsi, vous découvrirez la signification de la force centripète, comment calculer la force centripète et, en plus, un exercice résolu étape par étape.
Qu'est-ce que la force centripète ?
La force centripète est une force agissant sur un corps qui décrit un mouvement circulaire . Plus précisément, la force centripète est la force qui amène le corps à changer de direction et, par conséquent, à tracer une trajectoire circulaire. La force centripète n’apparaît donc que dans les mouvements circulaires.
Par exemple, si nous attachons une corde à une balle et la faisons tourner autour d’un axe à vitesse constante, la balle suit une trajectoire circulaire car la corde exerce sur elle une force centripète. Un autre exemple de force centripète est la force qui maintient un satellite en orbite.
La principale caractéristique de la force centripète est qu’elle est perpendiculaire à la vitesse du corps qui décrit le mouvement circulaire, qui est tangent à la trajectoire circulaire. Ainsi, la force centripète pointe toujours vers le centre du mouvement circulaire.
Comme vous pouvez le voir sur l'image précédente, la direction de la force centripète (F c ) est radiale et sa direction est vers le centre de la trajectoire circulaire. D'autre part, la force tangentielle (F t ) est perpendiculaire à la force centripète et apparaît également dans certains types de mouvements circulaires. Ci-dessous, nous verrons quelles sont les différences entre la force centripète et la force tangentielle.
Formule de force centripète
La force centripète est égale à la masse du corps multipliée par l' accélération centripète . La force centripète est donc égale à la masse du corps multipliée par le carré de la vitesse divisé par le rayon. La force centripète est également calculée en multipliant la masse par le carré de la vitesse angulaire par le rayon.
En bref, la formule pour calculer la force centripète est la suivante :
Où:
-
est l'accélération centripète. -
est la masse du corps mobile qui effectue le mouvement circulaire. -
est l'accélération centripète (ou accélération normale). -
est la vitesse tangentielle (ou vitesse linéaire). -
est le rayon de la trajectoire du mouvement circulaire. -
est la vitesse angulaire.
Notez que la force centripète pointe toujours vers le centre de la trajectoire circulaire. Le signe de la force centripète sera donc positif ou négatif selon le système de référence choisi.
Exemple de calcul de force centripète
Maintenant que nous connaissons la définition de la force centripète et quelle est sa formule, voyons un exemple concret de la façon dont ce type de force est calculé.
- Un corps mobile de masse m=8 kg décrit un mouvement circulaire uniforme avec une vitesse angulaire de 2 rad/s et un rayon de courbure de 3 m. Quelle est la force centripète agissant sur le corps en mouvement ?
Puisque le problème nous donne la valeur de la vitesse angulaire du corps, pour trouver la force centripète nous devons utiliser la formule suivante :
Nous substituons donc les données dans la formule et calculons la force centripète agissant sur le corps en rotation effectuant un mouvement circulaire uniforme :
Force centripète et force tangentielle
Dans cette section, nous verrons quelle est la différence entre la force centripète et la force tangentielle, puisque ce sont les deux principaux types de forces qui apparaissent dans un mouvement circulaire varié.
La force tangentielle est une force qui agit sur un corps qui décrit un mouvement circulaire non uniforme et est tangentielle à la trajectoire suivie par le corps. La force tangentielle est la force qui fait tourner le corps plus rapidement ou plus lentement.
La différence entre la force centripète et la force tangentielle est que la force centripète provoque un changement dans la direction de la trajectoire du corps en mouvement, tandis que la force tangentielle provoque un changement dans l'ampleur de la vitesse du corps.
De plus, la force centripète pointe vers le centre de la trajectoire circulaire, tandis que la force tangentielle est tangente à la trajectoire. La force centripète et la force tangentielle sont donc perpendiculaires.
Gardez à l’esprit que la force centripète existe dans tout type de mouvement circulaire, sinon le corps en mouvement suivrait une trajectoire rectiligne. Cependant, la force tangentielle est nulle dans un mouvement circulaire uniforme car la vitesse tangentielle est constante.
Force centripète et force centrifuge
Enfin, nous verrons quelle est la différence entre la force centripète et la force centrifuge, puisqu'il s'agit de deux types de forces différents qu'on confond souvent.
La force centrifuge est une force fictive qui apparaît lors de l'étude du mouvement d'un corps à partir d'un système de référence en rotation.
Par conséquent, la différence entre la force centripète et la force centrifuge est que la force centripète est une force réelle qui apparaît lorsqu'un corps effectue un mouvement circulaire, tandis que la force centrifuge est une force fictive qui apparaît lorsque le système de référence tourne sur un axe.