Force d'inertie Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Les forces d'inertie se décomposent généralement en deux composantes : la force d'inertie d'entraînement et la force d'inertie de Coriolis. Exposé[modifier | modifier le code] La mécanique classique fait intervenir les lois de Newton, et celles-ci ne sont valables que dans un référentiel galiléen. Si l'on se place dans un référentiel non inertiel ayant un mouvement accéléré par rapport à un référentiel galiléen (par exemple accélération linéaire ou bien rotation), les lois de Newton ne peuvent plus s'écrire, sauf en ajoutant des forces fictives : les forces d'inertie. Pour l'observateur extérieur (situé dans le référentiel galiléen), il n'y a pas de force d'inertie. Par exemple, une personne est dans une voiture, et cette voiture démarre brusquement. Expressions[modifier | modifier le code] . . la vitesse relative de M dans (R'). Alors, d'après la loi de composition des mouvements, en notant l'accélération absolue dans (R), D'où, dans (R'): et
La mystérieuse "force de Coriolis" François Chamaraux Magistère des Sciences de la Matière, ENS Lyon Maxime Clusel Benoît Urgelli ENS Lyon / DGESCO Résumé Définition et expression de l'effet Coriolis. C'est à cause de la force de Coriolis que les lavabos se vident dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud, dans le sens trigonométrique dans l'hémisphère Nord, et, comme chacun peut le constater, ne se vident pas à l'équateur. —D. Cet article a été réalisé dans le cadre d'un projet bibliographique encadré par Gérard Vidal. Premier contact avec la force de Coriolis Dans cette partie destinée à ceux pour qui la mécanique n'est qu'un lointain souvenir, nous présentons une approche intuitive des forces d'inertie et de la force de Coriolis. Avant de nous lancer dans le calcul et les applications de la force de Coriolis, nous allons tenter de faire comprendre intuitivement ce qu'elle représente. Lorsqu'on étudie un mouvement, il faut définir des positions et des vitesses. Référentiels galiléens et non-galiléens et :
Accélération Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Dans le langage courant, l'accélération s'oppose à la décélération et indique l'augmentation de la vitesse ou de la fréquence d'évolution d'un processus quelconque, par exemple l'accélération de la fréquence cardiaque ou celle d'une suite d'évènements. Approche intuitive[modifier | modifier le code] Illustrations de la notion d'accélération : 1) Le mouvement ne subit pas d'accélération. 2) La vitesse augmente régulièrement. 3) La vitesse diminue régulièrement. 4) L'accélération décrit une courbure de la trajectoire. De même que la vitesse décrit la modification de la position d'un objet au cours du temps, l'accélération décrit la « modification de la vitesse au cours du temps » (ce que les mathématiques formalisent par la notion de dérivée). Dans les unités internationales, la vitesse s'exprime en mètres par seconde (m/s). + 1 m/s² = + 3,6 (km/h)/s, + 1 (km/h)/s = + 1/3,6 m/s² = + 0,278 m/s². Historique[modifier | modifier le code] . Si alors et où
Relativité galiléenne Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Galilée, initiateur de la relativité galiléenne. Avec le principe d'inertie, il est intégré de manière systématique à la physique newtonienne, contribuant à justifier la distinction entre les référentiels galiléens et les autres, il prend une importance nouvelle au début du XXe siècle quand Henri Poincaré s'y intéresse, en précise la formulation et lui donne son nom actuel (principe de relativité), et devient un principe fondateur de la relativité restreinte. Historique[modifier | modifier le code] « Enfermez-vous avec un ami dans la cabine principale à l'intérieur d'un grand bateau et prenez avec vous des mouches, des papillons, et d'autres petits animaux volants. Prenez une grande cuve d'eau avec un poisson dedans, suspendez une bouteille qui se vide goutte à goutte dans un grand récipient en dessous d'elle. — Galilée, Dialogue concernant les deux plus grands systèmes du monde, 1632 Expression moderne[modifier | modifier le code]
Principe d'inertie Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Mathématiquement, si la vitesse du centre de masse d'un solide est constante (cte), alors la somme des forces extérieures s'exerçant sur le solide est nulle, et réciproquement : Histoire[modifier | modifier le code] Aristote[modifier | modifier le code] L'idée d'inertie apparaît dans les travaux d'Aristote, pour qui l'état naturel des corps est l'immobilité[2]. La notion d'inertie intervient également chez les théoriciens de l'impetus, mais c'est avec Galilée qu'elle commence à prendre sa forme moderne, avec l'abandon de l'idée de mouvement absolu. Galilée[modifier | modifier le code] À la suite d'expériences faites à l'aide d'un plan incliné, Galilée constate qu'une bille lâchée à une certaine hauteur sur un plan incliné remonte à une hauteur quasi identique lors de l’ascension d'un autre plan. L'inertie, l'état naturel des corps, ne fait donc plus référence à l'immobilité, mais bien à la tendance à la conservation du mouvement[4].
Principe de relativité Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Le principe de relativité[1] affirme que les lois physiques s'expriment de manière identique dans tous les référentiels inertiels. D'une théorie à l'autre (physique classique, relativité restreinte ou générale), la formulation du principe a évolué et s'accompagne d'autres hypothèses sur l'espace et le temps, sur les vitesses, etc. Certaines de ces hypothèses étaient implicites ou « évidentes » en physique classique, car conformes à toutes les expériences, et elles sont devenues explicites et plus discutées à partir du moment où la relativité restreinte a été formulée. Exemples en physique classique[modifier | modifier le code] Première situation Supposons que dans un train roulant à vitesse constante (sans les accélérations, petites ou grandes, perceptibles dans le cas d'un train réel), un voyageur se tient debout, immobile par rapport à ce train, et tient un objet dans la main. Deuxième situation Conclusion Propriété : soit ( ), alors ( ) et ( ) et
Isolement d'un solide Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. En mécanique, l'isolement d'un solide est le fait de représenter un objet seul avec les forces extérieures s'exerçant sur lui. On utilise parfois le terme diagramme du corps libre, dont l'abréviation est DCL, traduction littérale de l'anglais free body diagram (FBD). Son utilisation peut faciliter grandement la résolution de problèmes en mécanique ou en cinématique. Il permet de modéliser correctement les actions mécaniques en statique ou en dynamique, et donc de déterminer les actions mécaniques inconnues. Notons que l'isolement d'un solide est applicable à des problèmes s'effectuant : Au sens strict, on ne représente que le solide seul et aucun élément de son environnement, auquel on ajoute les vecteurs force ou moment extérieurs agissant. Voir aussi[modifier | modifier le code] Diagramme de forces Bibliographie[modifier | modifier le code] James L. Portail de la physique
Énergie potentielle mécanique Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. L'énergie potentielle mécanique est une énergie qui est échangée par un corps lorsqu'il se déplace tout en étant soumis à une force conservative. Elle est exprimée en joules (c'est-à-dire en newton mètre, ou ). De manière plus précise la variation d'énergie potentielle d'un corps lorsqu'il se déplace entre deux points est l'opposé du travail fourni par la force à laquelle il est soumis entre ces deux points. Un exemple simple est celui d'un corps terrestre tenu en hauteur (et donc possédant une énergie potentielle de pesanteur du fait de sa hauteur) qui, une fois lâché, transforme cette énergie potentielle en énergie cinétique quand sa vitesse augmente lors de sa chute Généralités[modifier | modifier le code] Chaque force conservative donne naissance à une énergie potentielle. L'énergie potentielle est définie à une constante additive près. Utilisation de l'énergie potentielle[modifier | modifier le code] On a comme paramètre . Pendule simple
Énergie cinétique Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Energie cinétique Les véhicules des montagnes russes atteignent leur maximum d'énergie cinétique au bas de leur parcours. Lorsqu'ils commencent à monter, l'énergie cinétique est transformée en énergie potentielle. La somme des énergies cinétique et potentielle du système reste constante, si on néglige les pertes (relativement faibles) dues aux frottements. Historique[modifier | modifier le code] Gottfried Leibniz, s'opposant ainsi à Descartes, qui estimait que la quantité de mouvement se conservait toujours, développa l'idée de la « force vive » (vis viva), à laquelle il attribuait la valeur . « Il y a longtemps déjà que j’ai corrigé la doctrine de la conservation de la quantité de mouvement, et que j’ai posé à sa place quelque chose d’absolu, justement la chose qu’il faut, la force (vive) absolue… On peut prouver, par raison et par expérience, que c’est la force vive qui se conserve… » [1] Conventions[modifier | modifier le code] ou , avec , or .
Force Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Pour les articles homonymes, voir force. Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux objets ou systèmes, une action mécanique capable d'imposer une accélération, ce qui induit une modification du vecteur vitesse (une force exercée sur l'objet fait aller celui-ci plus vite, moins vite ou le fait tourner). Au minimum deux forces exercées sur l'objet sont nécessaires pour induire une déformation de celui-ci. Isaac Newton a précisé ce concept en établissant les bases de la mécanique newtonienne. La base sensorielle de la notion est donnée par la sensation de contraction musculaire. Le concept de force est ancien, mais il a mis longtemps à obtenir une nouvelle définition utilisable. Parallèlement, la composition des forces apparaît implicitement dans les travaux de Stevin (De Beghinselen der Weeghconst, 1586). Aujourd'hui, la notion de force reste très utilisée dans l'enseignement et dans l'ingénierie. Parallélogramme des forces . où