Inertie

En physique, l'inertie d'un corps dans un référentiel galiléen (dit inertiel) est sa résistance à une variation de vitesse. L'inertie est fonction de la masse du corps : plus celle-ci est grande, plus la force requise pour modifier son mouvement sera importante.

La notion d'inertie est à la base du principe d'inertie, première loi de Newton. Elle est encore considérée comme la norme en physique classique. Elle a dû être réinterprétée et augmentée afin de refléter les développements de la théorie de la relativité et de la mécanique quantique.

Historique

Avant la Renaissance, la théorie la plus généralement acceptée du mouvement dans la philosophie occidentale est la physique aristotéliciennePhysique aristotélicienne qui nie le principe d'inertie : selon la théorie du « mouvement naturel » d'Aristote, un mouvement uniforme rectiligne éternel (corps lourds ou « graves » vers le bas tels la terre et l'eau, corps légers vers le haut pour l'air et le feu) est impossible dans un cosmos fini, tandis que le « mouvement violent » s'arrête lorsque la force qui lui a donné l'impulsion cesse de s'exercer, l'objet, mû par une propriété interne de finalité, étant alors ramené vers son lieu naturel de repos.

Cette théorie d'Aristote largement acceptée est néanmoins contestée à plusieurs reprises par des philosophes tels que Lucrèce ou Jean Philopon au VI^e siècle pour qui les projectiles continuent d’avancer par l’effet d’une force motrice transmise par le lanceur (Aristote propose pour expliquer les jets un mouvement composite en tourbilllons rétrogrades constitués d'un mouvement violent et d'un mouvement naturel), donnant naissance à la théorie de l'impetus.

Galilée, par son principe de relativité, abandonne cette théorie de l'impetus, décrit le mouvement inertiel (chute libre, bille sur plan incliné) sans proposer de lois.

Isaac Newton a établi le premier les principes mathématiques décrivant le mouvement d'un corps, parmi lesquels se retrouve sa première loi, aussi connue sous le nom de principe d'inertie.

Christian Huygens définit les notions de force centrifuge (force d'inertie d'un objet en rotation dans des référentiels non inertiels) et de moment d'inertie.

Newton s'inspire des travaux effectués par Galilée et par Descartes pour l'énonciation de cette loi dans ses Philosophiae Naturalis Principia Mathematica publiés en 1686.

« La force qui réside dans la matière (vis insita) est le pouvoir qu'elle a de résister. C’est par cette force que tout corps persévère de lui-même dans son état actuel de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite. »

— Isaac Newton, Principes mathématiques de la philosophie naturelle

En 1835, Gaspard-Gustave Coriolis décrit mathématiquement dans son article Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps une autre force inertielle, la force de Coriolis.

Inertie, masse, etc

L'inertie est une propriété précisée par le principe d'inertie, valable dans les référentiels inertiels (plus exactement : il définit ces référentiels).

L'inertie, notion qualitative, est quantifiée par la masse inerte qui intervient dès la définition de la force, qui elle-même est une quantification de l'idée d'effort nécessaire à influer sur le mouvement inertiel tel que l'expose le principe d'inertie.

Il n'y a pas de théorie unique acceptée qui explique la source de l'inertie. Divers efforts notables à ce niveau ont été faits par des physiciens tels Ernst Mach (voir le principe de Mach), Albert Einstein, Dennis W. Sciama et Bernard Haisch, mais ces efforts ont tous été critiqués par d'autres théoriciens.

Parmi les traitements récents de la question, on peut citer des travaux de C. Johan Masreliez (2006-2009), pour l’édification d'une théorie du cosmos à expansion d'échelle, et ceux de Vesselin Petkov (2009).

Référentiels

L'inertie s'exprime différemment selon le type de référentiel de l'observateur.

• Dans un référentiel inertiel, tout corps reste immobile ou évolue en mouvement rectiligne uniforme lorsqu'aucune force externe ne s'y applique ou que les forces qui s'y appliquent s'équilibrent. Pour une variation de vitesse donnée, la force nécessaire est proportionnelle à la masse du corps.

• Dans un référentiel non inertiel, un corps initialement au repos n'y reste pas obligatoirement, et c'est alors pour le maintenir au repos qu'il faut l'usage d'une force plus ou moins grande, suivant sa masse. Dans un tel référentiel, le mouvement inertiel n'est pas rectiligne uniforme et, là aussi, l'usage d'une force est nécessaire pour contrarier ce mouvement.

Rotation

Le moment d'inertie est l'équivalent rotationnel de la masse inertielle.

Annexes

Articles connexes

• Lois du mouvement de Newton
• Moment d'inertie
• Force d'inertie
• Volant d'inertie
• Référentiel inertiel
• Mécanique des matériaux : Moment quadratique

Bibliographie

 : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• Harris Benson (trad. Marc Séguin, Benoît Villeneuve, Bernard Marcheterre et Richard Gagnon), Physique 1 Mécanique, Édition du Renouveau Pédagogique, 2009, 4^e éd., 465 p.
• Isaac Newton (trad. Marquise du Chastellet), Principes mathématiques de la philosophie naturelle, t. 1, Dessaint & Saillant et Lambert, Imprimeurs (édition numérique par Les classiques des sciences sociales, 1686 (réimpr. 1749, 2010) (1^re éd. 1686), 437 p. (présentation en ligne, lire en ligne)
• Robert Signore, Histoire de l’inertie - D'Aristote à Einstein, Édition Vuibert, 2012, 128 p.
• (en) C. J. Masreliez, Special Relativity and Inertia in Curved Spacetime, Adv. Studies Theor. Phys., Vol. 2, n°. 17, 2008, p. 795 – 815.
• (en) C. J. Masreliez, Inertial Field Energy, Adv. Studies Theor. Phys., Vol. 3, no. 3, 2009, p. 131 – 140.