Introduction au principe d'inertie

Dans le langage courant, l’inertie désigne l’inaction. En physique, c’est la propriété qu’a un système à ne pas pouvoir modifier de lui-même son état de repos ou de mouvement, qu’il conserve sauf si une force intervient.

I Énoncé du principe d’inertie

Repère
Mot clé

Un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel le principe d’inertie est vérifié.

Dans un référentiel galiléen, tout corps persévère dans son état de repos ou de mouvement rectiligne et uniforme s’il n’est soumis à aucune force ou si les forces qui s’appliquent sur lui se compensent.

Réciproquement, si un corps est immobile ou en mouvement en ligne droite et à vitesse constante (mouvement rectiligne uniforme), alors il n’est soumis à aucune force ou les forces qui s’appliquent sur lui se compensent.

Exemple : Une pierre de curling avance sur la glace avec un mouvement rectiligne et uniforme si, et seulement si, les forces qui s’appliquent sur elle se compensent.

II Conséquences

Peut-il y avoir un mouvement sans force ? Une force modifie un mouvement mais on a tendance à penser qu’une force est nécessaire pour entretenir un mouvement. C’est faux ! S’il n’y a aucune force ou si les forces se compensent, il peut y avoir un mouvement rectiligne et uniforme.

Deux forces qui se compensent ont des effets qui s’annulent : elles ont même direction, des sens opposés et des valeurs égales.

Exemple : La pierre de curling en mouvement rectiligne et uniforme est soumise à deux forces qui se compensent : son poids et la force exercée par le sol (glace).

Que se passe-t-il si les forces ne se compensent pas ? Dans le référentiel terrestre, si les forces qui s’exercent sur l’objet ne se compensent pas, alors l’objet a un mouvement non rectiligne ou non uniforme et il ne peut pas être au repos.

Méthode

1 Appliquer le principe d’inertie

Dans le référentiel terrestre, on considère divers mouvements :

– un nageur avance en ligne droite et à vitesse constante ;

– un patineur décrit un mouvement circulaire et uniforme ;

– un coureur est immobile dans ses starting-blocks ;

– un parachutiste descend verticalement avec un mouvement uniforme ;

– un cycliste accélère dans une montée en ligne droite.

Dans chaque cas, le sportif est-il soumis à des forces qui se compensent ?

Solution

D’après le principe d’inertie, seuls les systèmes au repos ou ayant un mouvement rectiligne (en ligne droite) et uniforme (vitesse constante) sont soumis à des forces qui se compensent : le nageur, le coureur et le parachutiste.

2 Utiliser le principe d’inertie

Une boule de bowling roule sur la piste horizontale avec un mouvement rectiligne et uniforme.

a. Réaliser un diagramme objet-interactions (DOI) et faire l’inventaire des forces qui s’appliquent sur la boule. On négligera l’action de l’air.

b. Ces forces se compensent-elle ?

c. Représenter ces forces sur un schéma.

Repère
Conseils

b. Quel est le mouvement ? Utilisez le principe d’inertie.

c. Comment sont dirigées des forces qui se compensent ?

Solution

a. Voir le DOI ci-dessous à gauche. La boule est soumise à deux forces : son poids (attraction de la Terre) et l’action de la piste.

b. La boule est animée d’un mouvement rectiligne uniforme donc, d’après le principe d’inertie, les forces qui s’appliquent sur elle se compensent.

c. Le poids (force d’attraction de la Terre) est dirigé vers le bas (la Terre attire la boule) tandis que l’action de la piste est dirigée vers le haut (la piste compense l’attraction terrestre). On obtient le schéma ci-dessous à droite.