Sciences · Physique
L’inertie
L’inertie est la résistance d’un corps à toute modification de son mouvement. Sans force extérieure, un objet immobile reste immobile et un objet en mouvement continue en ligne droite à vitesse constante.
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Quand un bus freine brusquement, les passagers debout sont projetés vers l’avant ; quand il démarre, ils partent en arrière. Aucune force ne les pousse : leur corps tend simplement à poursuivre le mouvement qu’il avait. Cette propriété universelle de la matière s’appelle l'inertie. Elle a été comprise par Galilée et Descartes, puis érigée par Newton en première loi de la mécanique.
Une idée révolutionnaire
Pendant deux mille ans, la physique d’Aristote a affirmé qu’un mouvement a besoin d’une cause permanente : sans moteur, tout objet finit par s’arrêter. L’expérience quotidienne semble lui donner raison, car les frottements ralentissent tout.
Galilée, au début du XVIIe siècle, imagine une bille roulant sur un plan parfaitement lisse et horizontal : rien ne viendrait la ralentir, elle roulerait indéfiniment. René Descartes formule ensuite clairement qu’un corps en mouvement tend à continuer en ligne droite. Isaac Newton en fait, en 1687, la première de ses trois lois. L’immobilité et le mouvement uniforme deviennent deux états équivalents : seul le changement de mouvement exige une force.
La masse, mesure de l’inertie
Plus un objet est massif, plus il est difficile de modifier son mouvement. Pousser un chariot vide ou un chariot rempli de bouteilles, à la même accélération, ne demande pas le même effort. La deuxième loi de Newton, F = m a, quantifie cette résistance : la masse inerte m est le coefficient qui relie la force à l’accélération obtenue.
Fait remarquable, cette masse inerte est égale à la masse pesante, celle qui détermine le poids. C’est pour cela que tous les corps tombent à la même vitesse dans le vide (voir chute libre). Einstein a fait de cette égalité, vérifiée aujourd’hui avec une précision de l’ordre du millionième de milliardième, le principe d’équivalence de la relativité générale. Voir aussi masse et poids.
L’inertie au quotidien
| Situation | Ce que fait l’inertie |
|---|---|
| Freinage brusque en voiture | le corps continue vers l’avant : rôle de la ceinture de sécurité |
| Démarrage d’un bus | les passagers semblent partir en arrière |
| Tour de la nappe tirée d’un coup sec | la vaisselle reste en place si le geste est assez rapide |
| Secouer un tapis | le tapis s’arrête, la poussière continue |
| Égoutter la salade en la faisant tourner | l’eau poursuit sa trajectoire tangente et s’échappe |
| Virage serré | on se sent poussé vers l’extérieur |
Dans un virage, la sensation d’être plaqué contre la portière ne vient pas d’une force qui pousse vers l’extérieur : le corps tend à continuer tout droit, et c’est la voiture qui tourne. Dans le référentiel de la voiture, on décrit cet effet par une force fictive, la force centrifuge.
Référentiels galiléens
Le principe d’inertie n’est vrai que dans certains référentiels, dits galiléens ou inertiels. Dans un bus qui freine, un ballon posé au sol se met à rouler vers l’avant sans qu’aucune force ne le pousse : le bus n’est pas galiléen pendant qu’il freine.
Le référentiel terrestre est considéré comme galiléen pour la plupart des expériences de courte durée. Il ne l’est pas parfaitement, à cause de la rotation de la Terre : le pendule de Foucault, dont le plan d’oscillation tourne lentement, le montre, de même que la déviation des vents à grande échelle (force de Coriolis).
Le moment d’inertie : l’inertie en rotation
Pour un objet qui tourne, la résistance aux changements de rotation dépend non seulement de la masse, mais de sa répartition autour de l’axe. Le moment d’inertie J vaut, pour une masse ponctuelle à la distance r, J = m r² : la masse éloignée de l’axe compte beaucoup plus.
- Une patineuse qui ramène les bras contre elle diminue son moment d’inertie et tourne plus vite (conservation du moment cinétique, voir quantité de mouvement).
- Une perche de funambule, longue et lourde, a un grand moment d’inertie : elle ralentit les basculements et donne le temps de corriger.
- Un volant d’inertie stocke de l’énergie en tournant très vite et lisse les à-coups d’un moteur.
L’inertie dans l’espace
Dans l’espace, loin des frottements, l’inertie se manifeste pleinement. Les sondes Voyager 1 et 2, lancées en 1977, filent toujours à plus de 15 km/s sans utiliser de moteur. Un astronaute qui lance un outil le voit partir sans ralentir. Et l’absence de poids ne supprime pas l’inertie : pousser un satellite de 2 tonnes en apesanteur demande autant de force, pour une même accélération, que sur Terre sur un sol sans frottement.
Questions fréquentes
Quel est le principe d’inertie ?
C’est la première loi de Newton : un corps qui n’est soumis à aucune force, ou à des forces qui se compensent, reste immobile ou garde un mouvement rectiligne à vitesse constante.
Quelle différence entre inertie et masse ?
L’inertie est la propriété de résister aux changements de mouvement ; la masse est la grandeur qui la mesure. Plus la masse est grande, plus l’inertie est grande.
Pourquoi les objets finissent-ils par s’arrêter sur Terre ?
À cause des frottements avec le sol et l’air. Ce sont des forces : elles modifient le mouvement, conformément au principe d’inertie. Sans elles, l’objet continuerait indéfiniment.
L’inertie existe-t-elle en apesanteur ?
Oui. L’apesanteur supprime la sensation de poids, mais pas la masse. Un objet massif reste aussi difficile à mettre en mouvement ou à arrêter.