Dans les problèmes impliquant un mouvement circulaire, vous décomposez fréquemment une force en une force radiale, F_r, qui pointe vers le centre du mouvement et une force tangentielle, F_t, qui pointe perpendiculairement à F_r et tangentielle à la circulaire chemin. Deux exemples de ces forces sont celles appliquées aux objets épinglés en un point et se déplaçant autour d'une courbe en cas de frottement.
Utilisez le fait que si un objet est épinglé en un point et que vous appliquez une force F à une distance R de l'épingle à un angle θ par rapport à une ligne vers le centre, alors F_r = R∙cos (θ) et F_t = F sin (θ).
Imaginez qu'un mécanicien appuie sur l'extrémité d'une clé avec une force de 20 Newtons. De la position à laquelle elle travaille, elle doit appliquer la force à un angle de 120 degrés par rapport à la clé.
Utilisez le fait que lorsque vous appliquez une force à une distance R de l'endroit où un objet est épinglé, le couple est égal à τ= R∙F_t. Vous savez peut-être par expérience que plus vous poussez loin de la goupille sur un levier ou une clé, plus il est facile de le faire tourner. Pousser à une plus grande distance de la goupille signifie que vous appliquez un couple plus important.
Utilisez le fait que la seule force nécessaire pour maintenir un objet en mouvement circulaire à vitesse constante est une force centripète, F_c, qui pointe vers le centre du cercle. Mais si la vitesse de l'objet change, alors il doit également y avoir une force dans la direction du mouvement, qui est tangentielle à la trajectoire. Un exemple de ceci est la force du moteur d'une voiture l'amenant à accélérer lors d'un virage ou la force de friction la ralentissant pour s'arrêter.
Imaginez qu'un conducteur lève le pied de l'accélérateur et laisse une voiture de 2 500 kilogrammes s'arrêter à partir d'une vitesse de départ de 15 mètres/seconde tout en le dirigeant autour d'une courbe circulaire d'un rayon de 25 mètres. La voiture roule sur 30 mètres et met 45 secondes pour s'arrêter.
Calculer l'accélération de la voiture. La formule incorporant la position, x (t), à l'instant t en fonction de la position initiale, x (0), la vitesse initiale, v (0), et l'accélération, a, est x (t) – x ( 0) = v (0)∙t + 1/2∙a∙t^2. Branchez x (t) – x (0) = 30 mètres, v (0) = 15 mètres par seconde et t = 45 secondes et résolvez l'accélération tangentielle: a_t = –0,637 mètres par seconde au carré.
Utilisez la deuxième loi de Newton F = m∙a pour trouver que le frottement doit avoir appliqué une force tangentielle de F_t = m∙a_t = 2 500×(–0,637)= –1 593 Newtons.
Les références
- Lumière et matière: chapitre 4. Conservation du moment angulaire
- Hyperphysique: Couple
- Hyperphysique: calcul du couple
A propos de l'auteur
Ariel Balter a commencé par écrire, éditer et composer, a changé de cap pour un passage dans les métiers du bâtiment, puis est retourné à l'école et a obtenu un doctorat en physique. Depuis lors, Balter est un scientifique professionnel et un enseignant. Il possède un vaste domaine d'expertise, notamment la cuisine, le jardinage biologique, la vie écologique, les métiers de la construction écologique et de nombreux domaines de la science et de la technologie.