Cet article explique ce qu'est la force tangentielle en physique. Ainsi, vous découvrirez la signification de la force tangentielle, comment calculer la force tangentielle et un exercice résolu.
Qu'est-ce que la force tangentielle ?
La force tangentielle est une force qui agit sur un corps qui décrit un mouvement circulaire non uniforme. Plus précisément, la force tangentielle est tangente à la trajectoire circulaire du corps et est la force qui amène le corps à modifier l’ampleur de sa vitesse.
Par conséquent, la force tangentielle est la force qui modifie la vitesse tangentielle d’un corps qui décrit une trajectoire circulaire.
Par exemple, si un corps mobile fait un mouvement circulaire et que la force tangentielle agissant sur lui est positive, la vitesse tangentielle du corps mobile va augmenter, ce qui signifie que le mobile tournera de plus en plus vite.
Comme vous pouvez le voir sur l'image précédente, la force tangentielle (F t ) est tangente à la trajectoire du corps qui effectue le mouvement circulaire. En revanche, la force centripète (F c ) est perpendiculaire à la force tangentielle et pointe vers le centre de la trajectoire circulaire. Ci-dessous, nous verrons quelles sont les différences entre la force tangentielle et la force centripète.
Gardez à l’esprit que la force tangentielle est nulle dans un MCU, puisque la vitesse angulaire dans ces cas est constante et, par conséquent, la vitesse tangentielle ne change pas de valeur.
Formule de force tangentielle
La force tangentielle est égale à la masse du mobile multipliée par l' accélération tangentielle . La force tangentielle peut également être calculée en multipliant la masse du corps par l' accélération angulaire par le rayon de la trajectoire circulaire.
La formule de la force tangentielle est donc la suivante :
Où:
-
est la force tangentielle. -
est la masse du corps en mouvement qui décrit un mouvement circulaire. -
est l'accélération tangentielle (ou accélération linéaire). -
est la variation de la vitesse tangentielle (ou vitesse linéaire). -
est la variation temporelle. -
est l'accélération angulaire. -
est le rayon de la trajectoire du mouvement circulaire.
La valeur de la force tangentielle doit être interprétée comme suit :
- F t >0 : si la force tangentielle est positive, cela signifie que la grandeur de la vitesse du mobile augmente avec le temps. Le mobile décrit donc un mouvement circulaire avec une accélération angulaire positive.
- F t <0 : si la force tangentielle est négative, cela signifie que l'amplitude de la vitesse du mobile diminue avec le temps. Le mobile décrit donc un mouvement circulaire avec une accélération angulaire négative.
- F t =0 : si la force tangentielle est égale à zéro, cela signifie que la grandeur de la vitesse du mobile est constante. Le mobile décrit donc un mouvement circulaire uniforme (MCU).
Exemple de calcul de force tangentielle
Une fois que nous aurons vu la définition de la force tangentielle et quelle est sa formule, nous verrons un exemple résolu de la façon dont ce type de force est calculé.
- Un corps en mouvement de masse m=7 kg décrit un mouvement circulaire avec une vitesse uniformément accélérée. A l'instant t i = 2 s il a une vitesse tangentielle de 5 m/s et à l'instant t f = 6 s il a une vitesse tangentielle de 11 m/s. Quelle est la force tangentielle agissant sur le mobile ?
Pour trouver la force tangentielle, nous devons appliquer la formule vue dans la section précédente :
Dans ce cas, le problème nous fournit déjà toutes les données nécessaires, nous substituons donc les valeurs dans la formule et calculons la force tangentielle :
En conclusion, la force tangentielle entraînera une augmentation uniforme de la vitesse du corps mobile, de sorte que le corps mobile effectuera un mouvement circulaire uniformément accéléré (MCUA).
Force tangentielle et force centripète
Pour finir, nous allons voir quelle est la différence entre la force tangentielle et la force centripète, puisque ce sont les deux forces qui apparaissent dans les mouvements circulaires.
La force centripète est la force qui fait changer de direction le corps dans un mouvement circulaire. La force centripète est une force radiale qui apparaît dans les mouvements circulaires et pointe vers le centre de la trajectoire circulaire.
La différence entre la force tangentielle et la force centripète est donc que la force tangentielle modifie le module de vitesse du mobile qui décrit un mouvement circulaire, par contre, la force centripète change la direction de la vitesse du mobile.
De plus, la force centripète apparaît dans tout type de mouvement circulaire, puisque c'est la force qui amène le mobile à effectuer une trajectoire circulaire. Cependant, la force tangentielle est nulle lorsque le mouvement circulaire est uniforme, puisque la vitesse du mobile est constante.