Force centripète

Force centripète en auto
Afin qu'un objet puisse tourner (changer de direction), il doit y avoir une force qui pointe vers le centre de rotation. Par exemple, une voiture qui tourne a besoin de friction entre ses roues et la route.

S'il n'y a pas suffisamment de frottement, tel que sur une surface glacée, la voiture ne tournera pas, car la force de friction qui permet le changement de direction est insuffusante.

Pour vérifier si une voiture peut réussir à effectuer un virage avec un rayon de courbure, on utilise l'accélération centripète dans la deuxième loi de Newton :

Accélération centripète :

Où v est la vitesse tangentielle et R est le rayon de courbure.

2e loi de Newton

Puisque la seule force qui agit sur la voiture est le frottement, il faut que celui-ci soit supérieur au produit de la masse avec l'accélération centripète.

Force centripète en vélo
Dans la vidéo suivante, un vélo effectue un virage à l'horizontal qui semble défier la gravité.

https://www.youtube.com/watch?v=jOlVJv7jAHg

Afin de réussir une telle prouesse, il faut que le poids qui est une force verticale soit annulé par une autre force afin d'empêcher le vélo de tomber vers le bas. Dans ce cas, c'est le frottement entre les roues et la surface d'appui des roues qui prévient le vélo de tomber. Ce frottement dépend de la normale entre les roue et la surface. C'est la normale qui agit comme force centriète ; force qui pointe vers le centre de rotation. Il faut donc une force normale suffisante pour créer un frottement suffisant. Et pour avoir une force normale suffisante, il faut une vitesse suffisante.

Force normale :

Frottement requis :

Force centripète en moto
Le 17 août 2014, Marc Marquez a inscrit un nouveau record dans le Livre Guinness des records en inclinant sa moto à 68 degrés. 

Le Figaro : http://sport24.lefigaro.fr/le-scan-sport/buzz/2014/08/21/27002-20140821ARTFIG00142-il-incline-sa-moto-gp-a-68-degres-nouveau-record-du-monde.php

Cet exploit est possible grâce à l'accélération centripète. En effet, si la moto n'effectue pas de virage, lorsque le centre de masse combiné de la moto avec le motard est trop désaligné du point d'appui des roues avec le sol, le bras de levier du moment de force créé par son poids devient trop grand et la moto se renverse. Lorsque la moto effectue un virage, une accélération centripète vers le centre de courbure est présente et elle est produite par le frottement horizontal entre les roues et la route. Cette force de frottement est également dirigée vers le centre de rotation (c'est la force centripète qui crée l'accélération centripète) et crée un moment de force qui s'oppose à celui créé par le poids combiné de la moto et du motard. Tant que le moment de force créé par le frottement statique (pas de dérapage) est suffisant, la moto reste en équilibre de rotation et ne se renverse pas.

Force centripète dans le rotor de la mort

https://www.youtube.com/watch?v=hZOekFFSoWI