Calculateur de force centrifuge

Calculez la force centrifuge apparente exercée sur un objet en mouvement circulaire à partir de sa masse, de sa vitesse ou de sa vitesse angulaire, et du rayon (F = mv²/r = mω²r), ainsi que la force g.

Circular Motion Inputs

Masse (kg) Masse de l’objet en mouvement circulaire.

Vitesse (m/s) Vitesse tangentielle (linéaire) le long du cercle.

Rayon (m) Rayon de la trajectoire circulaire. Doit être supérieur à zéro.

Résultat

—

Enter mass, velocity, and radius to compute.

4 min de lecture 3 étapes 6 termes 3 exemples 6 questions F = mv² / r

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Étapes

Comment utiliser cette calculatrice

3 étapes

Saisir la masse, la vitesse et le rayon

Saisissez la masse de l’objet (kg), sa vitesse tangentielle (m/s) et le rayon de sa trajectoire circulaire (m). La force centrifuge apparente s’affiche instantanément.

Lire la force et la force g

Le résultat principal indique la force centrifuge apparente en newtons. Le panneau de résultats affiche aussi la force g, qui exprime l’accélération ressentie en multiples de la gravité standard.

Calculer à partir de tr/min

Si vous connaissez la vitesse de rotation plutôt que la vitesse linéaire, ouvrez l’onglet Depuis les tr/min et saisissez la vitesse du rotor. Le calculateur convertit d’abord les tours par minute en vitesse angulaire : ω = RPM × 2π / 60.

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Référence

Formule et méthodologie

3 formules

Force centrifuge à partir de la vitesse

F = mv² / r

F est la force apparente vers l’extérieur, en newtons (N), ressentie par un objet de masse m (kg) se déplaçant à la vitesse tangentielle v (m/s) sur une trajectoire circulaire de rayon r (m). Dans un référentiel inertiel, la force réelle de même intensité est la force centripète dirigée vers l’intérieur.

Force centrifuge à partir de la vitesse angulaire

F = mω²r

ω est la vitesse angulaire en radians par seconde (rad/s). Comme v = ωr, la formule F = mv²/r se réécrit F = mω²r. La vitesse de rotation en tr/min se convertit d’abord ainsi : ω = RPM × 2π / 60.

Force g

g-force = F / (m × 9.80665)

La force g exprime la force comme un multiple de la gravité standard (9,80665 m/s²), la référence conventionnelle utilisée pour les centrifugeuses, les attractions et les accélérations en aéronautique et en sport automobile.

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Glossaire

Termes clés expliqués

6 termes

Force centrifuge Force apparente dirigée vers l’extérieur, ressentie par un objet en mouvement circulaire depuis le référentiel en rotation. Son intensité est égale à celle de la force centripète, mais sa direction est opposée.

Force centripète Force nette réelle dirigée vers l’intérieur, nécessaire pour maintenir un objet sur une trajectoire circulaire, telle qu’elle est observée depuis un référentiel inertiel. F = mv²/r : même formule et même intensité que pour la force centrifuge.

Force apparente Force qui semble agir sur un objet uniquement parce que l’observateur se trouve dans un référentiel non inertiel (accéléré ou en rotation). La force centrifuge et la force de Coriolis en sont des exemples classiques ; elle ne fournit aucune puissance et n’a pas de source physique dans le référentiel inertiel.

Référentiel en rotation Référentiel qui tourne avec le mouvement circulaire, par exemple celui d’une personne à l’intérieur d’un tambour de centrifugeuse. Pour que les lois de Newton y soient applicables, il faut ajouter des forces apparentes, notamment les forces centrifuge et de Coriolis.

Vitesse angulaire Vitesse de rotation, notée ω (oméga), mesurée en radians par seconde (rad/s). Elle est liée à la vitesse tangentielle par v = ωr et à la vitesse en tr/min par ω = RPM × 2π / 60.

Force g Force exprimée comme un multiple de la gravité terrestre standard (1 g = 9,80665 m/s²). Une force g de 2 g signifie que la force apparente équivaut à deux fois le poids normal de l’objet.

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Situations types

Exemples concrets

3 exemples

🪀

Étudiant en physique

Balle attachée à une ficelle

Masse 1 kg Vitesse 10 m/s Rayon 5 m

F = mv²/r = 1 × 10² / 5 = 20 N. Une balle de 1 kg lancée à 10 m/s au bout d’une ficelle de 5 m subit (et exerce, dans son propre référentiel) une force centrifuge apparente de 20 N vers l’extérieur, égale aux 20 N de force centripète dirigée vers l’intérieur qui la maintiennent sur sa trajectoire circulaire.

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Ingénieur mécanicien

Rotor à partir de la vitesse en tr/min

Masse 1 kg Vitesse de rotation 19.1 RPM Rayon 5 m

19.1 tr/min correspondent à ω ≈ 2.0 rad/s (ω = RPM × 2π/60). F = mω²r = 1 × 2² × 5 = 20 N, soit la même force que dans l’exemple basé sur la vitesse, puisque v = ωr = 2 × 5 = 10 m/s. L’onglet Depuis les tr/min est pratique quand une fiche technique indique la vitesse de rotation plutôt que la vitesse linéaire.

🧪

Technicien de laboratoire

Force g d’une centrifugeuse

Masse 0.02 kg (sample tube) Vitesse de rotation 3,000 RPM Rayon 0.1 m

À 3,000 tr/min et avec un rayon de rotor de 0.1 m, ω ≈ 314.2 rad/s. On obtient F = mω²r ≈ 0.02 × 314.2² × 0.1 ≈ 197.4 N. Force g = F / (m × 9,80665) ≈ 1,006 g, une force centrifuge relative (RCF) réaliste pour une microcentrifugeuse de paillasse. C’est pourquoi les protocoles de laboratoire indiquent la vitesse de centrifugation en g plutôt qu’en tr/min.

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Référence

Citer cette calculatrice

APA et MLA

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Analyse approfondie

Comprendre la force centrifuge

3 chapitres · 4 min de lecture

La force centrifuge est l’un des concepts les plus souvent mal compris en physique : ce n’est pas une force « réelle » au même sens que la gravité ou le frottement, mais elle est bien ressentie par l’objet concerné. Ce calculateur détermine la force apparente dirigée vers l’extérieur pour un objet en mouvement circulaire, à partir de sa masse, de sa vitesse (ou de sa vitesse de rotation) et du rayon, ainsi que la force g équivalente.

Fonctionnement du calculateur

Le calculateur utilise F = mv²/r (ou la formule équivalente avec la vitesse angulaire, F = mω²r) pour déterminer l’intensité de la force centrifuge apparente. La formule et la valeur numérique sont exactement les mêmes que pour la force centripète réelle. Seuls la direction et le référentiel diffèrent : la force centripète pointe vers l’intérieur et se mesure depuis un observateur immobile, tandis que la force centrifuge pointe vers l’extérieur et est ressentie par un observateur dans le référentiel en rotation.

Dans l’onglet Depuis les tr/min, la vitesse de rotation est convertie en vitesse angulaire à l’aide de ω = RPM × 2π / 60 avant le calcul F = mω²r. L’onglet Force g exprime la même force comme un multiple de la gravité standard (9,80665 m/s²), l’unité courante pour les centrifugeuses, les montagnes russes et les accélérations en sport automobile ou en aéronautique.

Signification des entrées

Masse (kg) — masse de l’objet en rotation. Vitesse (m/s) — vitesse tangentielle (linéaire) sur la trajectoire circulaire, utilisée en mode Force. Rayon (m) — rayon de la trajectoire circulaire ; il doit être supérieur à zéro, car un rayon nul rend la force indéfinie (division par zéro). Vitesse de rotation (RPM) — utilisée en mode Depuis les tr/min à la place de la vitesse ; elle est courante pour les moteurs, centrifugeuses et rotors dont les fiches techniques indiquent le nombre de tours par minute plutôt que la vitesse linéaire.

Limites et cas particuliers

Ce calculateur suppose un mouvement circulaire uniforme (vitesse et rayon constants) ; il ne modélise ni les variations de rayon, ni les trajectoires non circulaires, ni l’accélération angulaire. Un rayon nul ou négatif n’est pas physique : le calculateur affiche alors un résultat partiel au lieu d’une force indéfinie (infinie). Pour les centrifugeuses de laboratoire, vérifiez toujours que le rayon utilisé correspond aux spécifications du fabricant (certains indiquent le rayon jusqu’au fond du tube, d’autres jusqu’au centre du rotor), car même une petite erreur de rayon s’amplifie avec le terme de vitesse angulaire au carré.

❓

Questions

Questions fréquentes

6 questions

Quelle est la formule de la force centrifuge ?+

F = mv²/r, où F est la force en newtons, m la masse en kilogrammes, v la vitesse tangentielle en mètres par seconde et r le rayon en mètres. On peut aussi écrire F = mω²r avec la vitesse angulaire ω en radians par seconde.

La force centrifuge est-elle une force réelle ?+

Pas au même sens que la gravité ou une poussée/traction réelle. La force centrifuge est une force « apparente » ou « fictive » : elle n’apparaît que lorsqu’on analyse le mouvement depuis un référentiel en rotation (non inertiel). Depuis l’extérieur de la rotation, la seule force réelle en jeu est la force centripète dirigée vers l’intérieur. Cela dit, une personne dans le référentiel en rotation — passager d’une voiture qui tourne ou échantillon dans une centrifugeuse — ressent bien la poussée vers l’extérieur, ce qui rend ce concept utile en pratique.

Quelle différence y a-t-il entre force centrifuge et force centripète ?+

Elles ont la même intensité (F = mv²/r), mais des directions opposées et correspondent à des référentiels différents. La force centripète est la force réelle dirigée vers l’intérieur, vue depuis un référentiel immobile, qui maintient l’objet sur sa trajectoire circulaire. La force centrifuge est la force apparente dirigée vers l’extérieur, ressentie par un observateur dans le référentiel en rotation.

Comment calculer la force g d’une centrifugeuse ?+

Divisez la force centrifuge par le poids de l’objet : force g = F / (m × 9,80665). De façon équivalente, force g = ω²r / 9,80665, puisque F/m = ω²r. Les centrifugeuses de laboratoire indiquent généralement cette valeur comme force centrifuge relative (RCF), qui correspond exactement à cette force g.

Comment calculer la force centrifuge à partir des tr/min plutôt que de la vitesse ?+

Convertissez d’abord les tr/min en vitesse angulaire : ω = RPM × 2π / 60 (radians par seconde). Appliquez ensuite F = mω²r. L’onglet Depuis les tr/min effectue cette conversion automatiquement : saisissez la masse, les tr/min et le rayon.

Quelles unités utilise le calculateur de force centrifuge ?+

La masse s’exprime en kilogrammes (kg), la vitesse en mètres par seconde (m/s), la vitesse de rotation en tours par minute (RPM), le rayon en mètres (m) et la force obtenue en newtons (N). La force g est sans unité : c’est un rapport à la gravité standard (9,80665 m/s²).

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