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Centrifugal Force Formula

1750
  • Leonhard Euler
Scène de laboratoire historique illustrant la force centrifuge en mécanique classique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Dans un référentiel tournant à une vitesse angulaire de [latex]\boldsymbol{\omega}[/latex], le force centrifuge [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}}[/latex] agissant sur un objet de masse [latex]m[/latex] à une position vectorielle [latex]\mathbf{r}[/latex] de l'origine est donnée par la formule vectorielle : [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}} = -m \boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex]. Cette formule montre que la force est dirigée perpendiculairement à l'axe de rotation et vers l'extérieur.

The vector formulation of centrifugal force provides a complete description of its magnitude and direction. The formula [latex]\mathbf{F}_{\mathrm{cf}} = -m \boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex] uses the vector cross product. Here, [latex]\boldsymbol{\omega}[/latex] is the angular velocity vector, which points along the axis of rotation. The term [latex]\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}[/latex] represents the tangential velocity of the point. The second cross product, [latex]\boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})[/latex], results in a vector that points radially inward, representing the centripetal acceleration. The negative sign in the formula flips this direction, resulting in a force vector that points radially outward from the axis of rotation. The magnitude of this force can be simplified to [latex]m \omega^2 r_{\perp}[/latex], where [latex]r_{\perp}[/latex] is the perpendicular distance from the mass to the axis of rotation. This mathematical precision is crucial for analyzing motion in rotating systems, such as the dynamics of machinery, planetary atmospheres, and spacecraft. It is a key component in the transformation of Newton’s second law from an inertial frame to a rotating frame, which also includes the Coriolis force and the Euler force.

Cette formulation est une conséquence directe de la différenciation d'un vecteur position dans un repère tournant. L'accélération totale dans un repère inertiel est la somme de l'accélération observée dans le repère tournant, de l'accélération centripète, de l'accélération de Coriolis et de l'accélération d'Euler. Lorsque nous réarrangeons la deuxième loi de Newton ([latex]\mathbf{F}_{\mathrm{réel}} = m \mathbf{a}_{\mathrm{inertiel}}[/latex]) pour le cadre rotatif, ces termes d'accélération se déplacent du côté force de l'équation et apparaissent comme des forces fictives avec un signe négatif. La force centrifuge est donc le terme [latex]-m(\boldsymbol{\omega} \times (\boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r})))[/latex].

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Deuxième loi du mouvement de Newton
  • development of vector calculus and the cross product
  • Les travaux d'Euler sur la cinématique des corps rigides
  • Formulation de la mécanique par Lagrange

Applications

  • computational fluid dynamics (cfd) for turbomachinery
  • satellite orbital mechanics and attitude control
  • vehicle dynamics simulation
  • robotics and manipulator arm dynamics
  • weather modeling (in conjunction with coriolis force)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Voir aussi : force centrifuge, formule vectorielle, produit en croix, vitesse angulaire, référentiel tournant, mécanique classique, force fictive, accélération centripète, force de Coriolis, force d'Euler.

Contexte historique

Centrifugal Force Formula

1687
1687
1738
1750
1785
1788
1800
1687
1687
1738
1750
1757
1788
1800
1800

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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