Qu'est-ce que c'est ?
Comment le mesurer en classe
Avec l'application FizziQ et une essoreuse à salade, il est possible de mesurer l'accélération centripète subie par le smartphone.
Étapes :
Placer le smartphone à l'intérieur de l'essoreuse à salade, bien calé avec du papier froissé pour éviter les chocs. Ouvrir FizziQ et sélectionner le capteur d'accélération.
Tourner la manivelle de l'essoreuse à vitesse constante pendant 10 secondes et enregistrer l'accélération mesurée par FizziQ.
Mesurer le rayon de rotation (distance du smartphone au centre de l'essoreuse) et estimer la vitesse de rotation en comptant les tours par seconde.
Comparer l'accélération mesurée par FizziQ avec la valeur théorique calculée par la formule a = ω² × R. Discuter des écarts et de leurs causes possibles (vitesse non constante, position du capteur).
Activités scientifiques sur ce thème
Plusieurs expériences facilement réalisables avec un smartphone ou une tablette permettent de mesurer l'accélération centripète qui s'exercent sur un objet suivant une trajectoire circulaire uniforme :
Un astronaute pourrait-il survivre si il était placé dans une essoreuse à salade ? https://www.fizziq.org/team/astronaute-et-essoreuse
Mesure de l'accélération centripète pour un pendule : https://www.fizziq.org/team/leibnitz
Montrer la relation entre vitesse et accélération centripète : https://www.fizziq.org/team/en-orbite
En savoir plus
Pour un mouvement circulaire uniforme, l'accélération a centripète est donnée par la formule :
a = v*v/R
où v est la vitesse de l'objet de rotation
R est le rayon du cercle décrit
Formule
Pour un mouvement circulaire uniforme, l'accélération centripète se calcule par :
a_c = v² / R = ω² × R
Signification : a_c : accélération centripète (m/s²) v : vitesse linéaire de l'objet (m/s) R : rayon de la trajectoire circulaire (m) ω : vitesse angulaire (rad/s)
Exemples d'application
- La force ressentie par les passagers d'un manège qui tourne à grande vitesse
- L'inclinaison d'un cycliste dans un virage pour compenser l'accélération centripète
- Le linge plaqué contre le tambour d'une machine à laver lors de l'essorage
- La trajectoire courbe d'un satellite autour de la Terre, maintenue par la gravité
- Le dérapage d'une voiture dans un virage pris trop vite, quand la friction est insuffisante
FAQ
Q : La force centrifuge existe-t-elle vraiment ?
R : La force centrifuge n'est pas une force réelle au sens de Newton. C'est une force fictive qui apparaît dans le référentiel tournant. Dans le référentiel du sol, seule la force centripète (dirigée vers le centre) existe réellement.
Q : Pourquoi l'accélération centripète est-elle dirigée vers le centre ?
R : Parce qu'elle doit changer la direction de la vitesse sans modifier sa norme. La seule direction qui modifie l'orientation sans modifier la valeur de la vitesse est la direction perpendiculaire à la trajectoire, vers le centre.
Q : L'accélération centripète modifie-t-elle la vitesse de l'objet ?
R : Elle ne modifie pas la valeur (norme) de la vitesse, mais elle modifie constamment sa direction. C'est pourquoi on parle de mouvement circulaire uniforme : la vitesse est constante en norme mais pas en direction.
Q : Peut-on ressentir l'accélération centripète ?
R : Oui. Dans un virage en voiture ou dans un manège, on ressent une force qui pousse vers l'extérieur. Ce qu'on ressent est en fait la réaction à la force centripète exercée par le siège ou la structure.
Q : Comment la gravité joue-t-elle le rôle de force centripète pour la Lune ?
R : La force gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune est dirigée vers le centre de la Terre. Cette force fournit exactement l'accélération centripète nécessaire pour maintenir la Lune sur son orbite quasi-circulaire.