Force centrifuge et airtime

La force centrifuge apparaît en physique dans l'étude du mouvement des objets dans des référentiels non inertiels. L'effet ressenti est dû aux mouvements de rotation de ces référentiels et se traduit par une tendance à éloigner les corps du centre de rotation.


C'est elle qui nous permet de rester collés dans notre siège lorsqu'on fait un looping dans un train sur des montagnes russes. Les wagons atteignent une vitesse suffisante pour que la force centrifuge devienne comparable à la force de gravitation et nous empêche de tomber.

Un airtime est la sensation d'impesanteur, de tomber dans le vide ou de perte d'équilibre que l'on peut ressentir sur des montagnes russes ou d’autres type d’attractions. Sur un grand huit, cette sensation est souvent causée par le passage du train sur une bosse. Le Silver Star à Europa-Park est par exemple connu pour les nombreux airtimes qu'il procure.

Les airtimes sont causés par l’inertie du train et de ses passagers. Quand le train passe une bosse, le poids des passagers tend à s'opposer à la force qui tire le véhicule vers le bas, ce qui fait décoller les passagers de leur siège un bref instant. L'importance d'un airtime dépend de la vitesse du train, de la gravité et du rayon de l'arc décrit par la voie. La gravité zéro est atteinte quand l'accélération vers le bas est égale à celle de la gravité, alors que la gravité négative résulte d'une accélération supérieure à celle de la gravité.

Il faut alors imaginer mettre le cercle, qui était jusqu'alors horizontal, à la verticale :


 
Nous pouvons assimiler cette « bosse » à une portion de cercle vertical qui sera franchie par le train.

L'accélération (qu'on ne ressent pas directement) se fait vers le centre du cercle, donc dans ce cas, vers le bas.
La force d'inertie que l'on ressent se fait vers l'extérieur du cercle donc ici vers le haut.


Quand on passe une bosse dans une montagne russe, on se sent donc effectivement attiré vers le haut.

Nous pouvons ainsi reprendre la formule du principe d'inertie

Fi = m * V² / R

Fi est la force d'inertie, m la masse, V la vitesse et R le rayon du cercle.

Nous pouvons en conclure que : plus la bosse est passée rapidement, plus V est grande et donc plus la force sera intense, mais plus le rayon de la bosse est petit, plus la force est importante.

Nous pouvons également utiliser la formule dans le cas suivant :


On peut effectivement aussi assimiler ce creux à une portion de cercle. Sauf que cette fois l'accélération (qu'on ne ressent pas directement) se fait vers le centre du cercle, donc dans ce cas, vers le haut.



La force d'inertie que l'on ressent se fait vers l'extérieur du cercle donc ici vers le bas, c'est pourquoi on se sent écrasé dans son siège quand on passe un creux.