Qu'est-ce qu'une force centrale?

Une force centrale est une force avec une direction et une ampleur qui ne dépendent que d'un centre d'objets et de la distance de son centre à un autre point.La direction qu'une force centrale agit le long de la ligne en rejoignant le centre des objets à l'autre point, tandis que l'amplitude des forces ne dépend que de la distance, ou du rayon, entre les deux.Des exemples de forces centrales se trouvent dans la force gravitationnelle, la force électrostatique et la force d'un ressort.Seuls deux types de forces centrales peuvent entraîner un mouvement orbital: la force gravitationnelle et la force analogue.

La loi de Newton de la gravitation universelle indique que la force gravitationnelle entre deux objets est toujours dirigée les unes vers les autres.De plus, l'ampleur de la force est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les objets et mdash; en d'autres termes, le doublage de la distance entre les objets entraînera une force qu'un quatrième aussi fort.Lorsqu'un objet est beaucoup plus massif que l'autre, l'arrangement répond aux critères de la force centrale.

Une force centrale analogue est la force électrostatique entre les particules avec une charge électrique.Comme la force gravitationnelle, la force électrostatique est inversement proportionnelle au carré de la distance entre deux particules.Contrairement à la gravité, cependant, les interactions électrostatiques sont proportionnelles au produit de leurs charges, plutôt que leurs masses.Ils ont également tendance à dominer à de très petites échelles.Mathématiquement parlant, cependant, l'ampleur de la force gravitationnelle et la force électrostatique suivent toutes les deux la la loi carré inverse .

Un type de force centrale peut résulter de l'interaction d'un ressort avec un objet.La force produite par un ressort est proportionnelle à la distance que le ressort est étirée de sa longueur d'équilibre.L'étirement d'un ressort deux fois la distance de sa longueur d'équilibre entraînera une force d'attraction deux fois plus forte.Ce type de comportement est connu sous le nom de loi de Hooke et est vu non seulement dans les ressorts, mais dans tout matériau linéairement élastique mdash; y compris la plupart des métaux solides.Lorsqu'un printemps ou un matériau approprié est ancré dans un centre, il peut également répondre aux critères d'une force centrale. Bien que l'augmentation de la distance entre les objets ou les particules ait un effet très différent dans les systèmes régis par la loi carré inverse par rapport à la loi de Hooke, ces deux forces centrales produiront un mouvement orbital fermé.Les planètes orbitent le soleil à cause de la gravité, une force centrale soumise à la loi carré inverse.De même, les particules chargées peuvent orbiter un centre de charge opposée en raison de la force électrostatique.Un fait un peu moins connu est qu'un printemps ancré central peut, lorsque d'autres forces sont négligeables, provoquer un objet pour orbiter le centre.Le mouvement harmonique simple est un tel exemple qui est contraint de se déplacer sur une seule dimension.