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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
La position, la vitesse ou l’accélération de la voiture dans l’exemple du mouvement circulaire non uniforme n’ont de sens que s’ils sont déterminés par rapport à la route.
La route est un exemple de système de référence ou de référentiel. Autrement dit c’est un système physique qui nous sert de référence pour comparer des mesures.
Pour les passagers d’une voiture, la voiture peut être également leur référentiel.
Qu’est-ce qu’un référentiel inertiel?
C’est un système de référence au repos ou qui se déplace en ligne droite à vitesse constante.
Nous devrons bien faire la distinction entre un référentiel inertiel et non-inertiel.
Le système d’axes ( x,y) est un système mathématique servant au calcul.
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
En théorie, il n’existe pas de référentiel inertiel parfait.
Avez-vous des exemples?
Cependant, en pratique, la Terre , le Soleil ou les étoiles en sont de bonnes approximations
Qu’est-ce qu’un référentiel non inertiel?
C’est un système de référence qui accélère.
Un ascenseur qui accélère, une voiture qui accélère ou qui prend une courbe à vitesse constante.
Avez-vous des exemples?
Pourquoi devons-nous faire la distinction entre ces deux référentiels?
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
C’est parce que les lois de Newton que nous verrons dans le prochain chapitre s’appliquent seulement dans un repère inertiel et que les lois de la mécanique sont de la même forme uniquement dans des repères inertiels. Autrement dit, aucune expérience ne nous permet de distinguer entre deux référentiels inertiels.
Ce n’est pas le cas dans les référentiels non inertiels ou accélérés
Une voiture, un train ou un bateau, qui circule en ligne droite à vitesse constante sont de bonnes approximations de référentiels inertiels dans lesquels les lois de Newton s’appliquent.
Dans un référentiel d’inertie, un objet soumis à une force résultante nulle va soit rester au repos, soit se déplacer à vitesse constante.
Pourquoi devons-nous faire la distinction entre ces deux référentiels?
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Comment expliquez-vous la positon de l’objet dans la voiture ?
Vous expliquez la position de repos de l’objet par l’invention d’une force vers l’arrière.
Les lois de Newton ne sont donc pas véritablement valides dans des référentiels accélérés, à moins d’inventer des forces fictives.
La voiture est donc un référentiel non inertiel, en fait elle accélère.
Fg
TFf
Vous êtes dans une voiture et un objet suspendu au bout d’une corde est dévié vers l’arrière.
Vous appliquez la première loi de Newton en s’inventant des forces fictives 0F
Ff force fictive
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Cependant, une personne qui observe l’objet du bord de la route, expliquera que l’objet est soumis à une force vers l’avant qui vient de la composante de la tension T dans la corde.
T
Fg
a
Elle utilisera
amFR
maTx
De façon générale, la deuxième loi de Newton.
La route est donc un repère inertiel.
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
La même chose se produit lorsque la voiture prend une courbe
T
Fg
Par rapport à la route on explique la position de la corde avec la force centripète.
T
Fg
Fc
Ff
Dans la voiture, on invente une force fictive : la force centrifuge
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Finalement si l’on suspend l’ objet au miroir d’une voiture qui se déplace à vitesse constante en ligne droite.
La corde pendra verticalement. Elle restera verticale tant que la voiture effectuera un mouvement rectiligne uniforme.
Elle apparaîtra verticale également à toute personne au repos sur le bord de la route qui regarde passer la voiture.
La route et la voiture sont deux référentiels d’inertie.
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
On peut prendre un autre exemple pour illustrer la différence entre des référentiels inertiels et non inertiels ou accélérés
Considérons la trajectoire d’une balle qu’une personne laisse tomber verticalement dans une voiture qui se déplace en ligne droite à vitesse constante.
Observation de la route (R.inertiel)
Observation dans voiture (R. inertiel)
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Considérons la trajectoire d’une balle qu’une personne laisse tomber verticalement dans une voiture qui se déplace en ligne droite à vitesse constante.
Observation de la route (R.inertiel)
Observation de la voiture (R. Inertiel)
Les deux personnes mesureront les mêmes accélérations soit
a y = - a g = - 9,81 m/s2
ag ag
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Que se passe-t-il si la voiture accélère?
Observation de la route (R. inertiel)
Pas de changement
Cependant, les deux personnes ne mesureront pas les mêmes accélérations.
ag
Observation dans la voiture (R. non inertiel)
a’
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Nous avons supposé que la Terre était un référentiel inertiel pour établir les équations du mouvement de plusieurs objets.
Or, à cause de la rotation autour de son axe et de son mouvement orbital autour du Soleil, la Terre est un référentiel non inertiel.
Les objets suspendus à des cordes ne sont pas exactement dans une position verticale.
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
Étant donné que la différence est très petite, nous utiliserons quand même les lois de Newton pour décrire les mouvements à la surface de la Terre sans tenir compte de son mouvement de rotation .
En conclusion, même s’Il n’existe pas de « vrai référentiel inertiel » , nous pourrons néanmoins, prendre la Terre, le Soleil ou les étoiles lointaines comme de très bonnes approximations en pratique.
La plupart du temps, nous ne serons pas obligés d’inventer des forces fictives pour expliquer des phénomènes physiques : nous nous placerons dans des référentiels quasi inertiels.
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4.5 Les référentiels inertiels et non inertiels
En résumé,ce qu’il faut retenir:
Qu’est ce qu’un référentiel non inertiel ?
Comment distinguer les deux et pourquoi ?
Qu’est ce qu’un référentiel inertiel ?
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Chapitre 4 L’inertie et le mouvement en deux dimensions
Faites- vous un résumé personnel des définitions et des équations importantes à retenir ainsi que des exemples de situations où celles-ci sont utilisées.
Faites-vous une feuille pour regrouper les formules.
Faites-vous un devoir de démontrer les formules.
Habituez-vous à résoudre les problèmes avec méthode.
