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As-tu déjà entendu parler d'un certain Isaac Newton? Non? C'était un physicien et un mathématicien anglais, qui a vécu entre la fin du 17ème et le début du 18ème siècle (il y a environ 200 ans). Il adorait faire des expériences, et ça lui a permis de faire des découvertes très importantes, qui ont fait faire des progrès immenses dans le domaine scientifique.
C'est grâce à lui que je vais pouvoir t'expliquer le fonctionnement de notre ascenseur : d'après Newton, un objet qui tourne est forcément soumis à une force, qui dépend de sa masse (dans notre langage de tous les jours : ce qu'il pèse), et de son accélération. Autrement dit, plus il est lourd, ou plus il accélère, et plus la force est grande.
Que sait-on d'autre sur cette force?
Et bien on sait par exemple quelle est sa direction. Je m'explique : tu connais par exemple la force qui attire les objets vers le bas, qu'on appelle le poids. La direction de cette force est...? Verticale! Et dans quel sens va-t-elle? Du haut vers le bas. Fastoche.
Et bien pour un objet animé d'un mouvement circulaire (qui tourne en rond), la force dont nous parlions n'est pas verticale mais radiale... Ouh là là, quel mot compliqué! Bon, ne nous affolons pas : au lieu de tenir ton ascenseur par la paille, tiens-le par la ficelle, et fais tourner la boîte de pellicule. Comme tu tiens la ficelle, la boîte tourne en rond, elle fait un cercle. Tes doigts se trouvent exactement au centre de ce cercle. Le bout de ligne qui va de l'endroit où tu tiens la ficelle jusqu'à la pellicule s'appelle le rayon du cercle.
Dire que la force a une direction radiale veut tout simplement dire que sa direction est la même que celle du rayon du cercle. Donc à chaque moment, tu peux voir la direction de cette force car c'est celle du bout de ficelle.
Maintenant que sait-on de son sens? (Pour le poids, on sait que la force est verticale, mais aussi qu'elle va du haut vers le bas)
Toujours d'après notre cher Isaac, elle va vers le centre. C'est à dire que quand tu tiens la ficelle et que tu fais tourner la boîte, il y a une force qui attire la boîte vers tes doigts dans la direction de la ficelle. Cette force est appelée force centripète (ça te fait rire? Moi aussi!)
Mais alors c'est incompréhensible! Pourquoi la boîte ne vient-elle pas vers tes doigts?
Allez Isaac... Explique-nous ce mystère si t'es cap'!
Pas de problème! Newton nous explique que l'existence de cette force produit automatiquement par réaction une force de même intensité (aussi forte), de même direction (radiale)... mais de sens opposé! C'est à dire une force qui va cette fois-ci vers l'extérieur. Cette force-là est appelée force centrifuge (c'est moins drôle que l'autre, mais ça se comprend mieux).
Tant que tu tiens la ficelle, les deux forces sont en équilibre (centripète + centrifuge = 0). Mais si tu la lâches, la pellicule n'est plus soumise à la force centripète, et la pellicule part vers l'extérieur, entraînée par la force centrifuge.
Dans notre expérience, la ficelle n'est pas tenue (tu tiens la paille, et la ficelle peut coulisser à l'intérieur). C'est donc la force centrifuge qui l'emporte. Souviens-toi : la grandeur de cette force dépend de la masse de l'objet et de son accélération. En faisant tourner la boîte de plus en plus vite, tu augmentes l'accélération de la boîte de pellicule : la force centrifuge augmente. Quand cette force devient plus forte que le poids de la boîte de pellicule lourde du bas, la boîte du haut s'en va vers l'extérieur, et elle entraîne derrière elle la deuxième boîte, à laquelle elle est liée par la ficelle.
Encore un grand merci à Isaac pour son aide précieuse... Dommage qu'il n'est pas de site sur internet, on aurait fait un lien vers chez lui!
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