Référentiel en rotation
From Wikipedia, the free encyclopedia
Un référentiel tournant (ou référentiel en rotation) est un cas particulier de référentiel non inertiel qui est en rotation par rapport à un référentiel galiléen. Un exemple quotidien de référentiel tournant est la surface de la Terre[1].
Forces d'inertie
Tous les référentiels non inertiels présentent des forces d'inertie ; les référentiels tournants sont caractérisés par trois d'entre elles[2] : la force centrifuge, la force de Coriolis, et, pour les référentiels en rotation non uniforme, la force d'Euler.
Des expérimentateurs placés dans une boîte en rotation pourraient mesurer la vitesse de rotation et l'axe de rotation en mesurant ces forces d'inertie. Par exemple, Léon Foucault a pu mettre en évidence la force de Coriolis qui résulte de la rotation de la Terre au moyen du pendule de Foucault. Si la Terre tournait beaucoup plus vite, ces forces d'inertie pourraient être ressenties par les êtres humains, tout comme elles le sont sur un manège en rotation.
Force centrifuge
En mécanique classique, la force centrifuge est une force dirigée vers l'extérieur associée à la rotation. La force centrifuge est l'une des pseudo-forces (également appelées forces d'inertie), ainsi nommées parce que, contrairement aux forces réelles, elles ne proviennent pas d'interactions avec d'autres corps situés dans l'environnement de l'objet sur lequel elles agissent. Au contraire, la force centrifuge provient de la rotation du référentiel dans lequel les observations sont effectuées[3],[4],[5].
Force de Coriolis
L'expression mathématique de la force de Coriolis est apparue dans un article publié en 1835 par le scientifique français Gaspard-Gustave Coriolis dans le cadre de l'hydrodynamique, ainsi que dans les équations des marées de Pierre-Simon de Laplace en 1778. Au début du XXe siècle, le terme force de Coriolis a commencé à être utilisé en météorologie.
Le référentiel en rotation le plus couramment rencontré est probablement la Terre. Les objets en mouvement à la surface de la Terre subissent une force de Coriolis et semblent dévier vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Les mouvements d'air dans l'atmosphère et d'eau dans l'océan sont des exemples notables de ce comportement : plutôt que de s'écouler directement des zones de haute pression vers les zones de basse pression, comme ils le feraient sur une planète sans rotation, les vents et les courants ont tendance à s'écouler vers la droite de cette direction au nord de l'équateur et vers la gauche au sud de l'équateur. Cet effet est responsable de la rotation des grands cyclones (voir effets de Coriolis en météorologie).
Force d'Euler
En mécanique classique, l'accélération d'Euler (nommée d'après Leonhard Euler), également appelée accélération azimutale[6] ou accélération transversale[7], est une accélération qui apparaît lorsqu'un référentiel en rotation non uniforme est utilisé pour l'analyse du mouvement et qu'il y a une variation de la vitesse angulaire de l'axe du référentiel. Cet article se limite à un référentiel tournant autour d'un axe fixe. La force d'Euler est une force d'inertie s'exerçant sur un corps, liée à l'accélération d'Euler par F = ma, où a est l'accélération d'Euler et m est la masse du corps[8]
