Mouvement circulaire uniforme

Jenny a un nouveau skateboard électrique. Elle est ravie de l'essayer dans ce parking plat, alors elle saute dessus et commence à rouler. Le skateboard a un moteur qui le maintient à une vitesse constante. Tant qu'aucune autre force n'agit sur Jenny et son skateboard, elle continuera à aller dans la même direction et à la même vitesse. Nous le savons grâce à la première loi du mouvement de Newton, qui stipule qu'un objet en mouvement continuera de se déplacer en ligne droite à une vitesse constante à moins d'être sollicité par une force extérieure.

Mais qu'est-ce que c'est ? Jenny essaie quelque chose de différent… Elle prend une corde et l'attache à un lampadaire au milieu du parking. Elle tient l'autre bout de la corde et s'éloigne du lampadaire, ainsi, la corde est tendue. Que se passera-t-il lorsqu'elle allumera le moteur et commencera à bouger ? Regardons d'en haut !

Elle tourne en rond ! Jenny va à une vitesse constante le long d'un chemin circulaire. Elle est dans ce qu'on appelle un mouvement circulaire uniforme. Le rayon de sa trajectoire circulaire est égal à la longueur de la corde entre elle et le lampadaire. Mais pourquoi tourne-t-elle ?

Selon la première loi de Newton, elle devrait se déplacer en ligne droite… à moins qu'il n'y ait une force extérieure ! Quand Jenny est sur son skateboard, bien qu'elle essaie d'avancer, la corde la retient. Il y a une force agissant le long de la corde, de Jenny vers le lampadaire au centre. Alors que Jenny se déplace sur le chemin circulaire, la direction de la force continue de s'ajuster, de façon à ce qu'il pointe toujours vers le centre du cercle. Cette force est la force centripète.

La force centripète est ce qui provoque le mouvement circulaire de Jenny. Résumons: un mouvement circulaire uniforme est un mouvement à vitesse constante le long d'une trajectoire circulaire, causée par la force centripète, qui pointe toujours vers le centre du cercle. Maintenant, voyons ce que nous pouvons observer d'autre. La distance parcourue par Jenny à chaque tour est égale à la circonférence d'un cercle — 2π r. R est le rayon du cercle, ici c'est la longueur de la corde.

Cela lui prend toujours le même temps, c'est à dire que sa vitesse est constante. Nous pouvons déterminer sa vitesse en divisant la distance qu'elle parcourt par le temps qu'il lui faut, T. On obtient cette formule : la vitesse est égale à 2 π r divisé par T. Il s'agit d'une formule de vitesse dans un mouvement circulaire uniforme. Qu'en est-il de la vitesse de Jenny ?

Est-elle constante aussi ? La vitesse possède à la fois une grandeur et une direction. L'amplitude de la vitesse de Jenny est égale à sa vitesse, et nous pouvons la calculer avec la même formule : 2 π r divisé par t. Et quelle est la direction de la vitesse ? Jetons un coup d'œil à nouveau.

A chaque point de sa trajectoire circulaire, Jenny va vers l'avant. Si elle laisse tomber la corde, elle continuera à avancer en ligne droite à partir de là, car il n'y a plus de force centripète agissant sur elle. C'est la direction de sa vitesse au moment où elle laisse tomber la corde. Faisons le encore, et voyons ce qui se passe si elle lâche la corde à un autre endroit. Elle va tout droit à partir de ce point aussi, dans une autre direction qu'avant !

La direction de la vitesse de Jenny est différente, en fonction de sa position le long du chemin circulaire ! Dans un mouvement circulaire uniforme, la direction de la vitesse est toujours perpendiculaire à la direction de la force centripète. On dit qu'elle est tangente à la trajectoire circulaire, et nous l'appelons vitesse tangentielle. La vitesse tangentielle n'est pas constante, car sa direction change tout le temps. Mais assez de Physique pour aujourd'hui !

Vas-y et montre-nous quelques trucs sympas, Jenny !