Ayant du mal à comprendre comment fonctionne la force centrifuge

user52657

Ayant du mal à comprendre comment fonctionne la force centrifuge


Je pensais avoir compris la force centrifuge plus tôt, mais je n’arrive pas à comprendre comment elle interagit si l’on considère que tout est relatif?

Imaginons que vous êtes le seul dans tout l’univers et que vous tourniez à grande vitesse angulaire, avec l’axe de rotation pointant dans la même direction que vos yeux sont dirigés. Vous sentiriez sûrement la force centrifuge vous séparer les pieds et la tête, n’est-ce pas?

Un problème avec cela, cependant, est le suivant: Puisque vous êtes le seul objet dans l’univers, il n’y a aucun moyen de savoir si vous tournez. Votre vitesse angulaire n’est même pas définie, car vous ne tournez pas par rapport à autre chose.

Comment savoir alors quelle est la force centrifuge? Est-elle définie par rapport à toutes les autres masses de l’univers, de telle sorte qu’elle est négligeable dans les problèmes de mécanique classique?

Qmécanicien ♦

Réponses


 Javier

La réponse est que tout n’est pas relatif. En effet, vous venez de montrer qu’il est possible de détecter la rotation dans un sens absolu.

Plus généralement, le principe de relativité dit que tous les référentiels inertiels sont équivalents. En d’autres termes, il est impossible de détecter (ou même de définir) un mouvement absolu à une vitesse uniforme; cela n’a pas de sens de dire que vous vous déplacez en ligne droite à vitesse constante si vous ne me dites pas quoi.

Mais cela ne s’applique pas lorsque des accélérations sont impliquées. Si votre vitesse n’est pas constante (donc vous modifiez votre vitesse ou vous tournez, ou les deux), il est parfaitement possible de mesurer votre accélération, et la force centrifuge en est un exemple. Par exemple, avec l’utilisation d’un pendule de Foucault, il est possible de voir que la Terre tourne sans regarder le ciel. S’il n’y avait pas d’étoiles ou de planètes et que le ciel n’était qu’un fond noir, nous pourrions encore utiliser le pendule de Foucault pour mesurer la rotation de la Terre.

user52657

Cool, je n’y ai jamais pensé de cette façon. Cela s’applique-t-il également aux petites particules et à leur rotation?

Javier

@ user52657: Le spin est une chose étrange. Il agit comme un élan angulaire, mais (sans entrer dans les complications du QFT), les particules élémentaires n’ont pas de taille. Ce ne sont que des points. Cela signifie qu’ils ne peuvent pas tourner autour d’un axe, et vous devez donc être très prudent lorsque vous considérez le spin comme un moment angulaire régulier. Aux fins de cette question, vous devez simplement considérer le spin comme une propriété comme la masse ou la charge, et ne pas le considérer comme une rotation réelle de la particule.

pppqqq

Par curiosité, dans son introduction à la relativité restreinte dans les conférences, Feynman discute exactement de ce type d’interprétation que les «philosophes» ont de la relativité, que «tout est relatif». C’est dans l’un des trois chapitres liés et vous trouverez peut-être intéressant de le lire.

Néant

Je m’attendrais à un peu de discussion sur le fait que pour certains espaces-temps  » la distribution de la matière et du champ d’énergie-momentum (et peut-être d’autres informations) à un moment particulier de l’univers détermine le cadre inertiel à chaque point de l’univers « ( lien à nouveau ). Cela signifie que la rotation n’est pas toujours absolue en relativité.


 Néant

Jusqu’à ce que la relativité générale soit incluse, tout ce que dit Javier s’applique.

Cependant, une fois que nous appliquons la relativité générale et de grandes quantités de masse en mouvement, nous trouvons un effet appelé « traînée de trame », ce qui signifie essentiellement que la définition de l’inertie est entraînée le long de la masse en mouvement. Autrement dit, si vous êtes près d’un corps massif, il semblerait que vous vous déplaciez de manière inertielle si vous copiez le mouvement du corps.

Cet effet a déjà été découvert par Einstein dans un exemple très simple. Einstein a considéré une énorme coquille sphérique tournant autour d’un axe dans un univers avec des étoiles fixes en arrière-plan. À l’intérieur de la coque, vous trouverez un état où vous ne ressentez aucune sorte de force centrifuge et un pendule de Foucalt ne montre aucune rotation. Ensuite, les étoiles semblent tourner lentement par rapport à vous! Cependant une fois loin de la coquille, les étoiles sembleraient à nouveau fixes.

La question de savoir si cela signifie que l’inertie est vraiment définie par toutes les masses de l’univers est longue et technique – l’énoncé ne peut être complètement prouvé que pour des « univers » spéciaux. Cependant, vous pouvez être sûr que certaines situations induites par la relativité dans un certain sens violent le sens de la rotation absolue et la relient aux masses en mouvement.

Et votre question « univers vide »? Je crois que la plupart des physiciens théoriciens vous diraient qu’en fait, nous ne savons tout simplement pas ce qui se passerait avec la signification de l’inertie dans un univers vide. Il se peut que ce soit dans ce cas défini par vous-même et que vous ne ressentiez jamais la force centrifuge ou qu’il y ait un sens d’inertie établi uniquement par « un univers vide » qui naît. Mais bien sûr, dans toutes les situations de la vie quotidienne un sens absolu d’inertie (et rotation) ne s’applique.

 

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