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Forces centrifuge et centripète, quelle est la différence ?

Crédits : Pixabay

On entend souvent parler de force centrifuge et de force centripète, mais de quoi s’agit-il exactement ? Et quelles sont les différences ?

Nous prenons souvent l’une pour l’autre. La force centrifuge, en l’occurrence, est souvent confondue avec son “contraire”, la force centripète. Les deux sont en fait étroitement liées. La force centripète se définit comme « la force nécessaire pour maintenir un objet en mouvement sur une trajectoire courbe, et qui est dirigée vers l’intérieur en direction du centre de rotation ». De son côté, la force centrifuge se définit comme « la force apparente ressentie par un objet en mouvement dans un chemin courbe qui agit vers l’extérieur du centre de rotation ».

Les deux côtés d’une même pièce

Pour faire simple, « la différence entre la force centripète et la force centrifuge est liée à différents cadres de référence. C’est-à-dire différents points de vue à partir desquels vous mesurez quelque chose, explique Andrew A. Ganse, de l’Université de Washington (États-Unis). La force centripète et la force centrifuge sont exactement la même force, mais dans des directions opposées, car elles sont éprouvées à partir de cadres de référence différents ». Partant de ce principe, la force centripète est une force réelle, mais la force centrifuge est une force “apparente”.

Tout dépend en effet de votre “point de vue”. Si vous observez un système en rotation de l’extérieur, vous verrez alors la force centripète contraindre le corps en rotation à une trajectoire circulaire. En revanche, si vous faites partie intégrante du système en rotation, vous ressentirez une force dite “centrifuge” qui vous éloigne du centre du cercle.

De nombreuses applications

Ces forces, nous les expérimentons tous les jours. Quand vous prenez un virage en voiture, par exemple. Ou bien lorsque vous tournez dans un manège. On exploite également beaucoup la force centripète. L’une des applications les plus connues est celle qui permet aux astronautes de simuler les décollages de fusées. Voici comment ça fonctionne.

Une fusée qui décolle est encore très lourde, car pleine de carburant. En revanche, à mesure que celui-ci est brûlé, la machine s’allège peu à peu, mais la force permettant la poussée reste inchangée. Résultat : la fusée accélère au fur et à mesure de son ascension. L’idée de ces centrifugeuses est donc de préparer les astronautes à cette accélération. Dans cette application, la force centripète est incarnée par le fauteuil dans lequel sont assis les astronautes.

centrifugeuse
Les astronautes s’installent dans la cabine ronde. Le bras se met alors à tourner de plus en plus vite, imitant une sensation proche de celle du décollage, de l’accélération ou de l’atterrissage d’une fusée. Crédits : ESA/S. Corvaja

On utilise également beaucoup cette force en laboratoire, notamment pour les analyses de sang. La force de gravité normale permet un mélange continu des globules. Une centrifugeuse, qui permet d’atteindre des accélérations 600 à 2 000 fois supérieures à la gravité normale, oblige alors les globules rouges lourds à se déposer dans le fond des échantillons. Les autres composants se superposent ensuite par-dessus en couches, selon leur densité. Ce qui facilite les analyses.

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