Force centrifuge et force de Coriolis

Force centrifuge

La force centrifuge est une force fictive qui apparaît lorsqu'on observe un objet dans un référentiel en rotation. Cette force tend à éloigner les corps du centre de rotation, perpendiculairement à cet axe. La valeur de la force est proportionnelle à la masse $m$ de l'objet, à sa distance à l'axe $r$, et à la vitesse de angulaire de rotation $\Omege$ au carré: ${F}_{cen}= m \cdot \Omega^{2 \cdot r$. La force est appelée 'fictive' car dans un référentiel fixe, l'objet possède par inertie un mouvement rectiligne uniforme, mais vu dans le référentiel en rotation, ceci apparait comme une tendance de l'objet à s'éloigner de l'axe.}

séquence 1

On peut observer et mesurer la force centrifuge en plaçant un pendule sur un plateau en rotation. L'angle d'équilibre résulte de la composition de la force centrifuge et de la gravité, dans la résultante est compensée par la tension du fil. image+ schéma

séquence 2

Si on verse de l'eau dans la cuve la surface libre à l'état d'équilibre s'oriente perpendiculairement à la gravité apparente,résultant du poids et de la force centrifuge. Comme la force centrifuge est proportionnelle au rayon, la pente est aussi proportionnelle au rayon: la forme obtenue est un paraboloide. image+ schéma

Force de Coriolis

La force centrifuge n'est pas la seule force fictive. Elle est complétée par la force de Coriolis qui dépend de la vitesse mesurée dans le référentiel en rotation, contrairement à la force centrifuge. La force de Coriolis est toujours perpendiculaire à cette vitesse, ainsi qu'à l'axe de rotation, et sa valeur est proportionnelle à la vitesse de l'objet et à la vitesse angulaire de rotation.

En faisant rouler des billes sur un paraboloïde solide , on observe leur mouvement circulaire sous l’effet de la seule force de Coriolis. En changeant la vitesse de rotation, on pourra observer le mouvement de dérive en cycloïde analogue à celle d’une particule chargée dans un champ électrique et magnétique croisé. Enfin un ‘pendule de Foucault’ miniature pourra être installé, et comparé au pendule de Foucault prévu par ailleurs (cf. projet déposé par A. Wirth).