Les Forces et le Mouvement : Le Principe d'Inertie
Contexte : Le Principe d'InertieAussi connue comme la Première Loi de Newton. Elle décrit le comportement des corps lorsqu'aucune force nette ne s'exerce sur eux..
Le principe d'inertie est le fondement de la dynamique. Il stipule qu'un objet au repos reste au repos, et qu'un objet en mouvement continue son mouvement en ligne droite à vitesse constante, *sauf si* une force nette agit sur lui. Cet exercice vise à analyser différentes situations de mouvement pour déterminer si les forces se compensent ou non.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à appliquer la Première Loi de Newton pour distinguer un mouvement rectiligne uniforme (où les forces s'annulent) d'un mouvement varié (où une force nette existe).
Objectifs Pédagogiques
- Comprendre et énoncer le principe d'inertie.
- Identifier les forces (Poids, Réaction, Frottements) agissant sur un objet.
- Faire le lien entre le type de mouvement (repos, MRU, varié) et la somme des forces.
- Définir et comprendre l'importance d'un référentiel galiléen.
Étude d'un Palet sur Glace
Fiche Technique
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Masse du palet (\(m\)) | 170 g (soit 0,170 kg) |
| Situation A | Mouvement sur glace (friction négligée) |
| Situation B | Mouvement sur tapis (friction non négligée) |
Schéma du Palet sur la Glace (Situation A)
| [Nom du Paramètre] | [Description ou Formule] | [Valeur] | [Unité] |
|---|---|---|---|
| Poids (\(P\)) | \(P = m \cdot g\) | À calculer | N |
| Accélération de la pesanteur (\(g\)) | Valeur standard sur Terre | 9,81 | m/s² |
Questions à traiter
- Calculer le poids (\(P\)) du palet.
- Situation A : Le palet glisse à vitesse constante (\(v = 5\) m/s) sur la glace (frottements négligés). Quelles forces s'exercent sur lui ? Faites un schéma (bilan des forces). Le principe d'inertie s'applique-t-il ?
- Situation B : Le palet arrive sur un tapis. Sa vitesse diminue (il ralentit). Quelles forces s'exercent sur lui ? Le principe d'inertie (ou sa contraposée) est-il vérifié ?
- Définir ce qu'est un "référentiel galiléen" et expliquer pourquoi il est indispensable pour ce principe.
- Situation C : Que se passerait-il si ce même palet était dans l'espace, loin de toute planète, et lancé à 5 m/s ?
Les bases sur le Principe d'Inertie
Le principe d'inertie est la première des trois lois du mouvement de Newton. Il décrit le comportement d'un corps lorsque la somme des forces qui s'exercent sur lui est nulle. Il fait le lien fondamental entre les forces et la *variation* du mouvement (l'accélération), et non le mouvement lui-même.
1. Énoncé du Principe d'Inertie (1ère Loi de Newton)
Dans un référentiel galiléen, si la somme vectorielle des forces extérieures (\(\sum \vec{F}_{\text{ext}}\)) appliquées à un système est nulle, alors son centre de masse (\(G\)) persévère dans son état :
- s'il était au repos, il reste au repos (\(\vec{v}_{\text{G}} = \vec{0}\)).
- s'il était en mouvement, il conserve un mouvement rectiligne uniforme (\(\vec{v}_{\text{G}} = \text{constante}\)).
2. Contraposée (ou Réciproque)
Inversement, si le mouvement du centre de masse n'est pas rectiligne uniforme (c'est-à-dire si le corps accélère, ralentit, ou change de direction), alors la somme des forces extérieures qui s'exercent sur lui n'est pas nulle.
\[ \vec{v}_{\text{G}} \neq \text{constante} \implies \sum \vec{F}_{\text{ext}} \neq \vec{0} \]
C'est cette forme que l'on utilise pour détecter la présence d'une force nette.
Correction : Les Forces et le Mouvement : Le Principe d'Inertie
Question 1 : Calculer le poids (\(P\)) du palet.
Principe
Le poids (\(\vec{P}\)) est la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur un objet. Il est toujours vertical et dirigé vers le bas. Pour trouver sa valeur (norme), on utilise une formule de base de la physique.
Mini-Cours
La valeur (ou norme) du poids se calcule en multipliant la masse (\(m\)) de l'objet par l'intensité de la pesanteur (\(g\)) du lieu où il se trouve.
Remarque Pédagogique
Ne confondez pas la masse (en kg), qui mesure la quantité de matière (l'inertie) de l'objet, et le poids (en Newtons, N), qui est une force.
Normes
Pour les calculs de physique, l'unité de masse du Système International (SI) est le kilogramme (kg), et non le gramme (g).
Formule(s)
Formule de la norme du poids :
Hypothèses
On considère \(g\) constant à la surface de la Terre.
- L'accélération de la pesanteur \(g\) est donnée : \(g = 9,81 \text{ m/s}^2\).
Donnée(s)
Les valeurs sont issues de l'énoncé (section 'Étude d'un Palet sur Glace' et 'Fiche Technique'). Nous listons celles nécessaires pour cette question.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse du palet | m | 170 g (de l'énoncé) = 0,170 | kg |
| Accélération de la pesanteur | g | 9,81 (de l'énoncé) | m/s² |
Astuces
Pour convertir des grammes en kilogrammes, divisez par 1000 (ou déplacez la virgule de 3 rangs vers la gauche).
Schéma (Avant les calculs)
Le poids est un vecteur vertical pointant vers le centre de la Terre (vers le bas).
Vecteur Poids (\(\vec{P}\))
Calcul(s)
Nous allons appliquer la formule \(P = m \times g\). Pour cela, nous devons d'abord nous assurer que les unités sont correctes (Système International).
Étape 1 : Conversion de la masse
La masse est donnée en grammes (g) par l'énoncé. Pour utiliser la formule (qui utilise des Newtons, basés sur des kg), elle doit être en kilogrammes (kg). On divise par 1000.
Étape 2 : Calcul du poids
Maintenant, on remplace \(m\) (convertie à l'étape 1) et \(g\) (donnée de l'énoncé) par leurs valeurs numériques dans la formule \(P = m \times g\).
On arrondit le résultat final, par exemple à deux décimales, ce qui donne 1,67 N.
Résultat (Analyse)
Le calcul nous donne la norme (la valeur) du vecteur poids \(\vec{P}\). Ce n'est pas un schéma, mais une confirmation de cette valeur.
Réflexions
Le poids du palet est d'environ 1,67 Newtons. C'est la force avec laquelle la Terre l'attire vers le bas. Cette valeur sera utile pour les questions suivantes, notamment pour la comparer à la Réaction \(\vec{R}\).
Points de vigilance
Le point de vigilance N°1 est la conversion des unités. Si vous aviez calculé \(170 \times 9,81\), le résultat (1667,7 N) aurait été 1000 fois trop grand, ce qui correspondrait au poids d'une personne de 170 kg !
Points à retenir
- Le poids est une force, en Newtons (N).
- La masse est une quantité de matière, en kilogrammes (kg).
- La formule est \(P = m \times g\).
Le saviez-vous ?
Sur la Lune, la masse du palet serait la même (0,170 kg), mais l'intensité de la pesanteur \(g_{\text{Lune}}\) est bien plus faible (environ 1,62 m/s²). Le poids du palet sur la Lune ne serait donc que de \(0,170 \times 1,62 \approx 0,275\) N.
FAQ
Questions fréquentes sur ce calcul.
Résultat Final
A vous de jouer
Si le palet était sur la Lune (\(g \approx 1,62\) m/s²), quel serait son poids en N ? (Masse = 0,170 kg)
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 1 :
- Concept Clé : Calcul du Poids (\(P\)).
- Formule Essentielle : \(P = m \times g\).
- Point de Vigilance Majeur : Convertir la masse en kg (\(170 \text{ g} = 0,170 \text{ kg}\)).
Question 2 : Situation A (vitesse constante sur glace).
Principe
L'énoncé stipule que le mouvement est à vitesse constante (\(v = 5\) m/s) et en ligne droite. C'est un Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU). Le principe d'inertie nous dit que si le mouvement est un MRU, alors la somme des forces appliquées est nulle.
Mini-Cours
Pour faire un "bilan des forces", on doit lister toutes les forces qui agissent sur le palet.
1. Le Poids (\(\vec{P}\)) : Toujours présent, vertical vers le bas. (Calculé en Q1)
2. La Réaction du support (\(\vec{R}\)) : Force exercée par la glace sur le palet, l'empêchant de s'enfoncer. Elle est perpendiculaire à la surface, donc verticale vers le haut.
3. Frottements (\(\vec{f}\)) : L'énoncé précise "frottements négligés" (information de l'énoncé). On ne les dessine donc pas.
Remarque Pédagogique
C'est le piège classique ! Beaucoup pensent "s'il bouge, il doit y avoir une force vers l'avant". C'est faux. Une force n'est pas nécessaire pour *maintenir* un mouvement, mais seulement pour le *modifier* (l'accélérer ou le ralentir). L'inertie suffit à maintenir le mouvement.
Hypothèses
On est dans un référentiel galiléen (la patinoire).
- Les frottements sont nuls (\(\vec{f} = \vec{0}\)), (Donnée de l'énoncé).
- Le mouvement est rectiligne uniforme (Donnée de l'énoncé).
Donnée(s)
On utilise le poids calculé à la Question 1, et les informations qualitatives de l'énoncé de la Question 2.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Poids (calculé) | P | \(\approx 1,67\) (Résultat Q1) | N |
| Vitesse | v | 5 (constante) (Donnée Q2) | m/s |
Astuces
Un mouvement à vitesse constante est, du point de vue des forces, identique à l'immobilité. Dans les deux cas, la somme des forces est nulle.
Calcul(s)
L'analyse ici est une déduction logique basée sur le principe d'inertie, en décomposant les forces sur les axes vertical et horizontal.
Analyse verticale (Axe Y)
Le palet ne s'envole pas et ne s'enfonce pas dans la glace (son mouvement vertical est nul, \(\vec{v}_y = \vec{0}\)). C'est un cas particulier de MRU. D'après le principe d'inertie appliqué à cet axe, la somme des forces verticales est nulle. Les deux seules forces verticales sont \(\vec{P}\) (gravité) et \(\vec{R}\) (support). Elles se compensent donc parfaitement.
Analyse horizontale (Axe X)
L'énoncé précise que les frottements sont négligés (\(\vec{f} = \vec{0}\)). Il n'y a aucune autre force horizontale (personne ne pousse le palet, la poussée initiale est terminée). La somme des forces horizontales est donc nulle.
Conclusion (Somme Totale)
La somme totale des forces est la somme des forces verticales et horizontales. Puisque les deux sont nulles, la somme totale est nulle.
Ceci confirme le principe d'inertie : la somme des forces est nulle (\(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0}\)), ce qui est cohérent avec le Mouvement Rectiligne Uniforme (\(v = 5\) m/s constante) observé (donnée de l'énoncé).
Schéma
L'analyse vectorielle confirme que la force nette est nulle. Les forces verticales \(\vec{P}\) et \(\vec{R}\) s'annulent mutuellement, et il n'y a pas de force horizontale. La résultante est un vecteur nul.
Résultante des Forces (Nulle)
Réflexions
Le mouvement est un Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU) (donnée de l'énoncé). L'analyse des forces montre que leur somme est nulle (bilan des forces). L'énoncé \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0} \iff \vec{v}_{\text{G}} = \text{constante}\) est bien vérifié. Le principe d'inertie s'applique parfaitement.
Points de vigilance
Ne pas inventer une "force de mouvement". L'inertie n'est pas une force, c'est une propriété de la matière à résister au changement de mouvement.
Points à retenir
- Si \(\vec{v} = \text{constante}\) (MRU ou repos), alors \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0}\).
- Si les frottements sont nuls, aucun moteur n'est nécessaire pour maintenir une vitesse constante.
Le saviez-vous ?
Le curling est une application directe de ce principe. Une fois la pierre lancée, elle glisse sur une très longue distance car les frottements sont rendus extrêmement faibles par la fine couche d'eau créée par la fonte de la glace (parfois aidée par les balayeurs).
FAQ
Questions fréquentes sur cette situation.
Résultat Final
A vous de jouer
Si on ajoutait une force de frottement \(\vec{f}\) (dirigée vers l'arrière) de 0,5 N, quelle serait la force nette (résultante) horizontale sur le palet (en N) ?
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 2 :
- Concept Clé : Mouvement rectiligne uniforme (MRU).
- Conclusion : \(\vec{v} = \text{constante} \implies \sum \vec{F} = \vec{0}\).
- Forces : \(\vec{P} + \vec{R} = \vec{0}\).
Question 3 : Situation B (ralentissement sur tapis).
Principe
L'énoncé stipule que le palet ralentit. Sa vitesse diminue, donc \(\vec{v} \neq \text{constante}\). C'est un mouvement rectiligne non uniforme (ou varié). La contraposée du principe d'inertie nous dit que si le mouvement n'est pas un MRU, alors la somme des forces n'est pas nulle.
Mini-Cours
Nous avons les mêmes forces que précédemment (Poids \(\vec{P}\) et Réaction \(\vec{R}\)), mais le tapis exerce une nouvelle force : la force de frottement (\(\vec{f}\)). Cette force s'oppose toujours au mouvement. Si \(\vec{v}\) est vers la droite, \(\vec{f}\) est vers la gauche.
Remarque Pédagogique
C'est la situation la plus courante sur Terre. Les objets lancés finissent par s'arrêter à cause des frottements (solides ou de l'air). Ces frottements constituent une force nette non nulle, qui modifie le mouvement (le ralentit).
Normes
On applique la contraposée du principe d'inertie : \(\vec{v} \neq \text{constante} \implies \sum \vec{F}_{\text{ext}} \neq \vec{0}\).
Formule(s)
Somme vectorielle des forces :
Hypothèses
On reste dans le référentiel galiléen de la patinoire.
- Le mouvement est rectiligne non uniforme (ralenti) (Donnée de l'énoncé Q3).
- La force de frottement \(\vec{f}\) est la seule force horizontale.
Donnée(s)
La donnée principale est qualitative, issue de l'énoncé de la Q3 : la vitesse diminue.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Vitesse | v | Diminue (non constante) (Donnée Q3) | m/s |
Astuces
Un ralentissement est une accélération \(\vec{a}\) non nulle, dirigée dans le sens opposé à la vitesse \(\vec{v}\). D'après la 2ème loi de Newton (\(\sum \vec{F} = m \cdot \vec{a}\)), la force nette \(\sum \vec{F}\) doit être dans le même sens que \(\vec{a}\), donc opposée à \(\vec{v}\). C'est bien le cas de \(\vec{f}\).
Schéma (Avant les calculs)
On représente les trois forces. Verticalement, \(\vec{P}\) et \(\vec{R}\) s'annulent toujours (car le palet ne décolle pas). Horizontalement, il reste la force \(\vec{f}\) qui s'oppose au vecteur vitesse \(\vec{v}\).
Bilan des forces (Situation B)
Calcul(s)
Ici, le mouvement *change* (le palet ralentit, info de l'énoncé). Nous utilisons la contraposée du principe d'inertie pour prédire que la somme des forces n'est *pas* nulle. Vérifions-le.
Analyse verticale (Axe Y)
Comme pour la question 2, le palet ne bouge pas verticalement (il ne décolle pas du tapis). Les forces verticales \(\vec{P}\) (gravité) et \(\vec{R}\) (support du tapis) se compensent donc mutuellement.
Analyse horizontale (Axe X)
L'énoncé mentionne un tapis, ce qui implique une force de frottement (\(\vec{f}\)) non négligeable (contrairement à la Q2). Cette force s'oppose au mouvement (qui est vers la droite), elle est donc dirigée vers la gauche. C'est la *seule* force horizontale.
Conclusion (Somme Totale)
On additionne les composantes. La somme des forces verticales est nulle, mais la somme des forces horizontales ne l'est pas. La somme totale (la "force nette") est donc non nulle et est égale à la force de frottement.
Puisque \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} \neq \vec{0}\), le principe (par sa contraposée) est vérifié : le mouvement n'est pas rectiligne uniforme (il ralentit, confirmant l'énoncé).
Schéma (Après les calculs)
La somme des forces (la "force nette" ou "résultante") n'est pas nulle. Elle est égale à la force de frottement \(\vec{f}\).
Résultante des Forces (Situation B)
Réflexions
La somme des forces (la force nette) est égale à \(\vec{f}\), elle n'est pas nulle (car les frottements existent). Comme la somme des forces n'est pas nulle, le mouvement ne peut pas être rectiligne uniforme. L'énoncé dit que le palet ralentit, ce qui est bien un mouvement non uniforme. Le principe d'inertie (par sa contraposée) est donc vérifié.
Points de vigilance
Attention au sens des vecteurs. La force de frottement \(\vec{f}\) s'oppose au vecteur vitesse \(\vec{v}\). C'est parce que la force nette est opposée à la vitesse que l'objet ralentit.
Points à retenir
- Si \(\vec{v} \neq \text{constante}\) (ralentissement, accélération, virage), alors \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} \neq \vec{0}\).
- La force de frottement s'oppose au mouvement et provoque un ralentissement.
Le saviez-vous ?
Il existe deux types de frottement solide : statique (qui empêche un objet de démarrer) et cinétique (qui freine un objet en mouvement). Le frottement statique est généralement plus élevé que le cinétique. C'est pourquoi il est plus difficile de "décoller" une armoire que de la maintenir en glissement.
FAQ
Questions fréquentes sur cette situation.
Résultat Final
A vous de jouer
Si la force de frottement \(\vec{f}\) vaut 1,2 N et la masse \(m=0,170\) kg, quelle est l'accélération \(a\) du palet ? (Indice: \(a = F_{\text{nette}} / m\). N'oubliez pas le signe si ça ralentit)
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 3 :
- Concept Clé : Mouvement non uniforme (ralenti).
- Conclusion : \(\vec{v} \neq \text{constante} \implies \sum \vec{F} \neq \vec{0}\).
- Forces : \(\sum \vec{F} = \vec{f} \neq \vec{0}\).
Question 4 : Référentiel galiléen.
Principe
L'énoncé "si \(\sum \vec{F} = \vec{0}\), alors \(\vec{v} = \text{constante}\)" n'est pas vrai partout. Il n'est vrai que dans des référentiels dits "galiléens".
Mini-Cours
Un référentiel galiléen (ou inertiel) est, par définition, un référentiel dans lequel le principe d'inertie est vérifié.
Concrètement, un référentiel est galiléen s'il est soit immobile, soit en mouvement rectiligne uniforme par rapport à un autre référentiel galiléen.
Remarque Pédagogique
Imaginez que vous êtes dans une voiture qui freine brusquement (elle n'est pas galiléenne). Un objet posé sur le tableau de bord (sans frottement) va "partir" vers l'avant. Pour vous dans la voiture, l'objet accélère (vitesse non constante) alors qu'aucune force horizontale (comme \(\vec{P}\) ou \(\vec{R}\)) n'agit sur lui. Le principe d'inertie semble violé !
Pour un observateur sur le trottoir (galiléen), l'objet ne fait que *conserver* sa vitesse initiale (par inertie), c'est la voiture qui ralentit *autour* de lui.
Hypothèses
Pour la plupart des exercices sur Terre (comme le palet), on considère le référentiel terrestre (la patinoire, le sol) comme étant galiléen. En réalité, ce n'est qu'une approximation (car la Terre tourne), mais elle est très suffisante pour ces échelles.
Réflexions
Le principe d'inertie n'est pas une loi universelle absolue, c'est une loi qui dépend du "point de vue" (le référentiel). Elle n'est vraie que pour les observateurs "immobiles" ou en MRU. L'importance est capitale : toutes les autres lois de Newton (et donc toute la dynamique classique) ne sont valables que dans des référentiels galiléens.
Points de vigilance
Ne pas confondre "Référentiel Terrestre" et "Référentiel Galiléen" !
Le référentiel terrestre (le sol) est une *approximation* galiléenne, suffisante pour des mouvements courts (lancer un palet).
Pour des mouvements longs (trajectoire d'un missile, météo), la rotation de la Terre (qui le rend non-galiléen) devient importante (Force de Coriolis).
Ne pas appliquer les lois de Newton dans un référentiel non-galiléen ! Si vous le faites (comme dans la voiture qui freine), les lois semblent fausses, sauf si vous introduisez des "pseudo-forces" (forces d'inertie).
Points à retenir
- Le principe d'inertie DÉFINIT ce qu'est un référentiel galiléen.
- Un référentiel en accélération (qui freine, accélère ou tourne) n'est PAS galiléen.
- Le référentiel terrestre est une bonne approximation d'un référentiel galiléen.
Résultat Final
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 4 :
- Concept Clé : Référentiel galiléen.
- Définition : Référentiel où le principe d'inertie est vrai.
- Exemple : Sol terrestre (approx.), référentiel de Copernic.
Question 5 : Situation C (palet dans l'espace).
Principe
On applique le principe d'inertie dans un cas "parfait". Loin de toute planète (information de l'énoncé Q5), on peut considérer qu'aucune force ne s'exerce sur le palet.
Mini-Cours
Dans le vide spatial, loin de toute source de gravité :
1. Le Poids (\(\vec{P}\)) est nul (car \(g \approx 0\) loin des planètes).
2. Il n'y a pas de support, donc la Réaction (\(\vec{R}\)) est nulle (pas de contact).
3. Il n'y a pas d'air, donc les Frottements (\(\vec{f}\)) sont nuls (pas de fluide).
Remarque Pédagogique
C'est l'état "naturel" du mouvement. Contrairement à ce que pensait Aristote (qui croyait que l'état naturel était le repos), Newton (grâce à Galilée) a compris que l'état naturel était le mouvement rectiligne uniforme. Le repos n'est qu'un cas particulier (\(v=0\)).
Normes
On applique le principe d'inertie dans sa forme directe : \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0} \implies \vec{v}_{\text{G}} = \text{constante}\).
Formule(s)
Somme vectorielle des forces :
Hypothèses
On suppose le palet "loin de toute planète" (énoncé Q5), ce qui signifie que \(\vec{P} = \vec{0}\). On suppose un référentiel galiléen (lié aux étoiles lointaines).
- \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0}\).
- L'objet a une vitesse initiale \(\vec{v}_{\text{initiale}}\) non nulle.
Donnée(s)
La vitesse initiale est donnée dans l'énoncé de la Q5.
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Vitesse initiale | \(v_{\text{initiale}}\) | 5 (Donnée Q5) | m/s |
Astuces
Pensez aux films de science-fiction : lorsqu'un astronaute lâche un outil dans l'espace, l'outil ne s'arrête pas. Il continue de flotter à la même vitesse que l'astronaute (s'il n'y avait pas de vitesse initiale) ou continue en ligne droite (s'il l'a lancé).
Schéma (Avant les calculs)
Un palet dans le vide, avec un vecteur vitesse initial, mais aucun vecteur de force.
Palet dans l'espace
Calcul(s)
Nous faisons le bilan des forces dans cette situation "idéale" de l'espace, en nous basant sur les informations de l'énoncé Q5.
1. Poids (\(\vec{P}\)) : L'objet est "loin de toute planète", donc il n'y a pas d'attraction gravitationnelle notable. \(\vec{P} = \vec{0}\).
2. Réaction (\(\vec{R}\)) : Il n'y a pas de support sur lequel le palet repose. \(\vec{R} = \vec{0}\).
3. Frottements (\(\vec{f}\)) : Il n'y a pas d'air dans le vide. \(\vec{f} = \vec{0}\).
Conclusion (Somme Totale)
Toutes les forces possibles sont nulles. La somme des forces est donc nulle.
Application du Principe d'Inertie
Le principe dit : \(\sum \vec{F}_{\text{ext}} = \vec{0} \implies \vec{v}_{\text{G}} = \text{constante}\). Le palet a été lancé avec une vitesse initiale de 5 m/s (donnée Q5). Puisque la somme des forces est nulle (démontré ci-dessus), il va *conserver* cette vitesse (en norme, en direction et en sens) indéfiniment.
Donc, le palet continuera en ligne droite à une vitesse constante de 5 m/s.
Schéma (Après les calculs)
Le vecteur vitesse ne change ni de direction, ni de norme, ni de sens. Il reste identique à lui-même à tout instant \(t > 0\).
Évolution du mouvement
Réflexions
Le palet continuera en ligne droite à 5 m/s, indéfiniment, tant qu'il ne rencontre aucune force (un autre objet, un champ de gravité, etc.). C'est l'illustration la plus pure du principe d'inertie.
Points de vigilance
Ne pas tomber dans le piège "pas de force donc arrêt". C'est l'inverse : "pas de force" veut dire "pas de *changement* de mouvement". L'objet n'a pas besoin de "carburant" pour continuer sur sa lancée.
Points à retenir
- L'état "naturel" d'un objet sans force n'est pas le repos, c'est le mouvement rectiligne uniforme. Le repos n'est qu'un cas particulier (MRU avec \(v=0\)).
Le saviez-vous ?
Les sondes spatiales Voyager 1 et 2, lancées en 1977, continuent leur course hors du système solaire. Leurs moteurs sont éteints depuis des décennies. Elles continuent d'avancer à des dizaines de milliers de km/h grâce à leur seule inertie, dans un environnement où les forces sont quasi nulles.
FAQ
Questions fréquentes sur cette situation.
Résultat Final
A vous de jouer
Le palet (0,170 kg) va à 5 m/s. On applique une poussée de 10 N dans le sens du mouvement pendant 0,1s. Quelle sera sa vitesse finale ? (Indices: \(a=F/m\) et \(v_f = v_i + a \cdot t\))
Mini Fiche Mémo
Synthèse de la Question 5 :
- Concept Clé : Mouvement sans forces.
- Conclusion : \(\sum \vec{F} = \vec{0} \implies \vec{v} = \text{constante}\).
- Application : Le mouvement persiste indéfiniment.
Outil Interactif : Force et Vitesse
Ce simulateur montre comment la vitesse d'un objet (comme le palet) change en fonction de la force nette qui lui est appliquée. La vitesse initiale est fixée à 5 m/s.
Paramètres d'Entrée
Résultats Clés
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Qu'énonce le principe d'inertie ?
2. Un palet glisse à vitesse constante sur la glace (sans frottement). La somme des forces qui s'exercent sur lui...
3. Une voiture freine en ligne droite. Son mouvement est...
4. Dans la situation 3 (voiture qui freine), que dit le principe d'inertie (par sa contraposée) ?
5. Un référentiel où le principe d'inertie est valable est appelé...
Glossaire
- Principe d'inertiePremière loi de Newton.
- Principe selon lequel un corps conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme si la somme des forces agissant sur lui est nulle.
- Référentiel GaliléenAussi appelé référentiel inertiel.
- Un référentiel (point de vue) dans lequel le principe d'inertie est vérifié. Il est immobile ou en mouvement rectiligne uniforme.
- ForceMesurée en Newtons (N).
- Action mécanique (poussée, traction, poids...) capable de modifier le mouvement d'un objet (l'accélérer, le ralentir, le dévier) ou de le déformer.
- Mouvement Rectiligne Uniforme (MRU)
- Mouvement en ligne droite et à vitesse constante. L'accélération est nulle.
- Bilan des forces
- Action de lister et de représenter (par des vecteurs) toutes les forces extérieures qui s'appliquent à un système.
D’autres exercices de physique 3ème :
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