Inertie

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En physique, l'inertie d'un corps, dans un référentiel galiléen (dit inertiel), est sa tendance à conserver sa vitesse : en l'absence d'influence extérieure, tout corps ponctuel perdure dans un mouvement rectiligne uniforme. L'inertie est aussi appelée principe d'inertie, ou loi d'inertie, et, depuis Newton, première loi de Newton.

L'inertie est l'équivalence entre « la vitesse \vec{v} du corps ponctuel par rapport au repère galiléen est constante » et « la somme des forces \vec{F} s'exerçant sur le corps est nulle ».

\vec{v} = cte \Leftrightarrow \sum\vec{F}=\vec{0}

La notion d'inertie est encore considérée comme la norme en physique classique. La quantification de l'inertie est faite par la seconde loi de Newton, ou principe fondamental de la dynamique : l'inertie est fonction de la masse inerte du corps, plus celle-ci est grande, plus la force requise pour modifier son mouvement sera importante[1].

Si le corps est observé à partir d'un référentiel non inertiel, une force d'inertie a tendance à faire passer le corps de l'immobilité au mouvement et à éloigner le mouvement d'un trajet rectiligne uniforme. C'est une force apparente, ou pseudo-force, qui résulte directement de l'inertie du corps dans un référentiel inertiel par rapport auquel le référentiel non inertiel a un mouvement non linéaire ; elle se déduit des lois de Newton.

Le moment d'inertie est l'équivalent rotationnel de la masse inertielle, son existence et ses propriétés de physique classique se déduisent de l'application des lois de Newton. Le moment d'inertie permet d'expliquer la stabilité du vélo et de la toupie.

Historique[modifier | modifier le code]

Avant Galilée, la théorie du mouvement dans la philosophie occidentale est la physique aristotélicienne (en) qui ne connait pas l'inertie, et n'est pas compatible avec. Entre autre, l'état naturel d'un corps est l'immobilité en son « lieu naturel », et son « mouvement naturel » est d'y retourner (corps lourds ou « graves » vers le bas tels la terre et l'eau, corps légers vers le haut pour l'air et le feu) par une propriété interne de finalité ; tout autre mouvement est « violent » et nécessite un « moteur » continuellement appliqué pour être entretenu[2]. Cette conception aristotélicienne est présente également chez les théoriciens de l'impetus, inventé pour pallier l'insatisfaction des explications d'Aristote au sujet des projectiles divers[2].

Le nom d'inertie est donné par Kepler à la tendance des corps à rester du repos, à s'opposer au mouvement, ce qui reste une conception aristotélicienne[2],[3].

Galilée abandonne la conception qualitative aristotélicienne et médiévale du cosmos, et préfère une conception platonicienne : pour lui, le langage de la nature est « géométrique ». Étudiant les travaux de ses prédécesseurs, dont Archimède, il abandonne l'impetus et décrit le mouvement inertiel[4] (ainsi que la relativité du mouvement) sans jamais nommer ce phénomène. « [...] Galilée n’a pas formulé de principe d’inertie. Sur la route qui, du Cosmos bien ordonné de la science médiévale et antique, mène à l’Univers infini de la science classique, il n’est pas allé jusqu’au bout »[5].

Même si la physique de Galilée est « implicitement » basée dessus[2], ce serait en fait René Descartes qui aurait formulé le mieux l'inertie, dans ses « Principes de la philosophique, 2e partie, §37 »[3], et qui « pour la première fois, en a entièrement compris la portée et le sens[2] ».

Isaac Newton s'inspire des écrits de Galilée et Descartes pour l'énoncé de la première loi de ses Philosophiae Naturalis Principia Mathematica publiés en 1686. Sa formulation de l'inertie, bien que volontairement distincte de celle de Kepler, reste attachée aux anciennes conceptions par l'utilisation d'une « force inhérente à la matière » pour expliquer le mouvement inertiel ; près d'un siècle supplémentaire sera nécessaire pour qu'une formulation soit exempte d'une telle « force inertielle », sous la plume de Léonard Euler[3].

« La force inhérente à 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[6]

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.

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[modifier | modifier le code]

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 que 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[7],[8], et ceux de Vesselin Petkov (2009)[9].

Référentiels[modifier | modifier le code]

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

  • 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.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Benson 2009, p. 128
  2. a, b, c, d et e Alexandre Koyré, Galilée et la révolution physique du XVIIe siècle, conférence de 1955, dans Alexandre Koyré, étude d'histoire de la pensée scientifique, éditions Gallimard, 1986 (1ère édition), (ISBN 2-07-070335-5).
  3. a, b et c Dominique Lecourt et Thomas Bourgeois, Dictionnaire d'histoire et philosophie des sciences, Presses universitaires de France - PUF, coll. « Quadrige Dicos Poche »,‎ , 4e éd., 1195 p. (ISBN 978-2130544999), « Inertie (principe d') »
  4. A son époque, à la suite d'Aristote, on considère que le mouvement circulaire est le seul naturellement perpétuel, suivant en cela l'observation des astres. Ne pouvant se départir de cette idée, Galilée conclut que le seul mouvement pouvant se perpétuer indéfiniment est le mouvement circulaire uniforme.
  5. Alexandre Koyré, Études galiléennes, Editions Hermann, 1966 , p. 276
  6. Newton 1686, p. 47
  7. (en) Masreliez C. J., On the origin of inertial force, Apeiron (2006).
  8. (en) Masreliez, C.J., Motion, Inertia and Special Relativity – a Novel Perspective, Physica Scripta, (2007).
  9. (en)"Relativity and the Nature of Spacetime", Chapter 9, de Vesselin Petkov, 2nd ed. (2009)

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]