Fòrça centrifuga

La fòrça centrifuga es un cas particular de fòrça fictiva qu'apareis en fisica dins lo contèxte de l'estudi del movement dels objèctes dins de referencials non inercials. L'efècte sentit es degut als movements de rotacion d'aqueles referencials e se traduch per una tendéncia a alunhar los còrs del centre de rotacion. Es, per exemple, la sensacion d'ejeccion d'un vitjaire dins un veïcul que vira.

Expression de la fòrça centrifuga

L'expression de la fòrça centrifuga es:

$\|{\vec {F}}\|=m\|{\vec {a}}\|=m\cdot \omega ^{2}\cdot R$

ont

a es l'acceleracion normala tal que a=v²/R
m es la massa de l'objècte estudiat;
ω es la velocitat de rotacion tal que ωR=v ;
R es la disténcia de l'axe de rotacion al centre de gravitat de l'objècte;

totas mesuradas dempuèi un sol e meteis referencial non inercial. Dins le cas d'un veïcul rolant a una velocitat v, avèm : $\|{\vec {F}}\|={\frac {m\cdot v^{2}}{R}}$ e R es alara lo rai de corbadura de la trajectòria del referencial

Exemples

Existís de cases que l'efècte centrifug pòt èsser cercat, per exemple pendent de l'estorriment del linge dins una maquina de lavar; inevitable pels sistèmas en rotacion, pòt constituir un desaplaser, pels passatgièrs d'un veïcul virant, s'utilisa alara d'artificis per anular, o puslèu compensar aquel efècte: Combinason antiG dels pilòts d'avion de caça, sistèma pendular de qualques trens, viratges levats de las carrièras, enclinason dels veïculs de mens de quatre ròdas dins los viratges.

Estorriment del linge

Es l'emplec mai simple de l'efècte centrifug. Lo movement de rotacion impausat al linge induch de las acceleracions transmesas tanben a las particulas d'aiga. Alara que demoravan empegadas al repòs, per viscositat als textils, las fòrças de coesion venon insufisentas quand l'ensems vira sufisentament aviat. L'equilibri local es pas mai garantir, l'aiga es ejectada.

Distriament dels liquids

Es lo meteis principi emplegat per separar los elements constituissent de liquids non omogenèus, coma lo sang. Lo camp de fòrça induch per l'efècte centrifug s'aparenta a un camp de pesantor mai fòrt que favoriza la separacion d'elements de densitats diferentas.

L'enricament de l'urani repausa sus aquel principi, mas es tecnologicament mai complicat, perque cal « far venir liquid aquel metal » per poder lo centrifugar. Es a dire incorporar los atòms de l'urani « metal » dins una substéncia liquida (o gasosa), coma l'exafluorur d'urani.

Regulators a efècte centrifug (sus las ancianas maquinas de vapor)

Article detalhat: Regulator de bolas.

L'esquema donat reproduch lo principi del regulator de James Watt. Entraïnat, via la correja, per la maquina, lo rotor vei las seunas masselòtas s'escartar. Una barretariá comanda alara una pala. L'accion sus la pala a un efècte contrari sus la poténcia porgida a la maquina: es lo principi de l'asserviment. Tròp aviat se tampa la vapor, tròp lent se dubrís, lo sistèma finissent per trapar lo juste equilibri, e en consequéncia un regime regulat.

Exemple de regulator
Principi d'un regulator d'efècte centrifug

Tren pendulari

Interés del tren pendulari

Los viatges en tren son sovent longs. Es doncas apreciable de poder circular dins las veituras per poder marchar. Las linhas ancianas son a vegadas tòrtas, e los desplaçaments dins las andanas son mal aisits. L'idèa del tren pendulari expleita l'efècte centrifug per enclinar las veituras, de tal biais que la fòrça centrifuga s'apond al pés per donar un pés aparent exactament perpendiculari al postam. Per aquel fach los passatgièrs sentisson pas mai los esfòces de cisailhament lo long del còrs que tendon a far perdre l'equilibri.

Dins qualques cases aquò permet d'aumentar la velocitat mas l'efècte es alara reportat sus las vias que devon reténer los trens. Encara aquí s'utiliza los viratges levats per tornar prene amb una melhora incidéncia la fòrça centripèta aplicada als aissèls. Aquò impausa un passatge en corba a una velocitat plan particulara: tròp flaca, lo tren clina cap a l'interior, tròp fòrta siam atirat cap l'exterior.

La relacion per calcular l'angle que los ralhs devon èsser enclinats es: $\tan \alpha ={F_{c} \over R.g}$

Pés

La Tèrra constituís pas un referencial estrictament inercial. Al respècte del referencial geocentric, la Tèrra es animada d'un movement de rotacion (que produch dins un autre tema l'alternança jorn/nuèch). Los còrs sus Tèrra son doncas somés a la fòrça centrifuga; es per aquela rason que los camp de tir de las fusadas son situats de preferéncia a proximitat de l'eqüator, perque es aquí que l'efècte es maximal (efècte de « fronda ») ; es lo cas del Centre espacial de Kourou (env. 5 ° de latitud Nòrd) e del Cap Kennedy (env. 28 ° de latitud Nòrd).

Aquela fòrça centrifuga fa partit del pés, aquel se limita doncas pas a l'atraccion terrèstre.

Cicle dins las corbas

Avion efectuant un viratge dins lo cèl

Per comprendre plan, cal imaginar que l'avion vira dins un meteis plan (un pauc coma le dessenh sus la demonstracion de la Fòrça Centrifuga al dessús). Lo calcul demòra valable se l'avion executa un viratge mai "complèxe".

Coma o mòstra la formula mai naut, l'acceleracion centrifuga (e doncas la Fòrça centrifuga) es dirèctament ligada a la velocitat lineària de l'aparelh.

$F=M*V^{2}/R$ ⇔ $A=V^{2}/R$ puerque $F=M*A$ segon la formula de Newton

En considerant un Tomcat F-14 Grumman, capable de volar a 2 485 km/h, o un Mig-29, atenhent Mach 2,3 (2,3 còp la velocitat del son) se comprend alara qu'un pilòt a las comandes d'aquel tipe d'avion subís d'acceleracions de l'òrdre de 8 o 9g (8 o 9 còps la gravitat terrèstre).

Los pilòts de caça son especialament entraïnats per suportar aquelas acceleracions extrèmas. E mai, son equipats d'una combinason antiG per contrebalançar los efèctes que poirián entraïnar (vela roge o vela negre).

Aqueles dos efèctes néfastes son duguts a d'acceleracions, que lo pilòt percep coma positiva o negativa (e es important de plan comprene qu'es lo pilòt que percep l'acceleracion alara qu'aquela darrièra cambièt pas, coma dins l'illustracion en dessús). Lo vela roge consistís en un aflús de sang dins la tèsta alara que lo vela negre resulta del reflús du sang cap a las cambas. La combinason antiG es un ensems de pòchas que se conflan per blocar aqueles fenomèns.

Vibradors del telefòn mobil

Una pichona massa es fixada excentrada sus l'arbre d'un micromotor. Entraïnada a granda velocitat de rotacion, l'efècte centrifug provòca la reaccion del palièr que fa vibrar lo combinat.

Nòtas

(fr) Aqueste article es parcialament o en totalitat eissit d’una traduccion de l’article de Wikipèdia en francés intitolat « Force centrifuge ».

Idèas falsas

la fòrça centrifuga es la reaccion a la fòrça centripèta.
la fòrça centrifuga obeís al principi d'action reaccion.
la fòrça centrifuga es una fòrça coma las autras.

Atencion: Los mòts an un sens!

Coma lo daissa comprendre la primièra proposidion 'la fòrça centrifuga es la reaccion a la fòrça centripèta'. Efectivament es una reaccion de la matèria (deguda a sa massa), es una reaccion de tipe inercial; non una fòrça mas una inercia. La prepausa ven: 'L'inercia centrifuga es la reaccion a la fòrça centripèta'

Dins un movement de rotacion, centrifug qualifica una inercia e non una fòrça. Centrifug significa fugir lo centre de la rotacion o prene la tangenta dins le sens commun (es çò que se passa quand la còrda se romp, quand mòla esclata, ...). Una fòrça es qualificada per centripèta es a dire que atira cap al centre de la rotacion.

D'un biais general l'expression 'fòrce d'inercia' es incorrècta ven de l'ignorança del sens dels tèrmes fòrça e inercia. L'inercia es une reaccion de la matèria a la mesa en movement que la modificadion du movement (exprima la passivitat, l'imobilisme de la matèria o dins lo sens larg d'un grop de personas); La fòrça exprima per opposicion la volontat d'accion (mesa en movement, arrèst d'un movement, cambi de velocidat o de direccion de movement coma dins lo cas de la rotacion). Lo mòt fòrça pòt pas qualificar una inercia; quitament le mòt inercia pòt pas qualificar una fòrça.