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Émission du 22 mars 2019 : Les forces d’inertie

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Qu’appelle-t-on « force d’inertie » ?

Avant de parler de force d’inertie, il faut définir ce qu’est l’inertie : en mécanique, c’est la résistance qu’oppose un corps à toute modification de son mouvement. Par modification du mouvement, on entend aussi bien une accélération, une décélération, ou une modification de la direction de la trajectoire.

Inertie et frottements, c’est donc synonyme ?

Non, car les frottements s’opposent au mouvement, tandis que l’inertie s’oppose à la modification du mouvement. Imaginons un corps au repos que l’on souhaite mettre en mouvement : l’inertie s’y oppose… tout comme les frottements ! Si maintenant il est en mouvement et que l’on souhaite le ralentir, voire le stopper : l’inertie s’y oppose toujours… tandis que les frottements y concourent ! L’inertie recherche donc le statu quo, tandis que les frottements recherchent l’immobilité : ce n’est pas la même chose ! Le facteur d’inertie d’un corps, c’est sa masse : il est effectivement plus difficile de lancer à la vitesse de 10km/h un TGV qu’un vélo, et également plus difficile de stopper le TGV que le vélo quand tous deux roulent à cette vitesse. Lorsque toutes les forces qui s’exercent sur un corps se compensent, celui-ci conserve une trajectoire rectiligne et une vitesse constante : c’est le principe d’inertie, l’un des piliers de la mécanique classique, énoncé par Newton.

Et les forces d’inertie ?

J’y arrive. Lorsque vous êtes assis dans un TGV roulant en mouvement rectiligne et à vitesse constante, vous n’êtes soumis à aucune force d’inertie : s’il n’y avait aucune trépidation ni aucun paysage défilant sous vos yeux, vous pourriez presque imaginer que votre TGV est à l’arrêt. Si maintenant celui-ci accélère, vous subissez une force d’inertie qui vous plaque contre votre dossier, c’est-à-dire en sens contraire de l’accélération. Si en revanche il décélère, vous êtes projeté vers l’avant, c’est-à-dire, notez-le bien, toujours en sens contraire de l’accélération, qui cette fois-ci est orientée vers l’arrière puisqu’il s’agit en réalité d’une décélération. Si enfin le TGV incurve sa trajectoire vers la gauche, la force d’inertie vous pousse encore dans le sens contraire, vers la droite, autrement dit vers l’extérieur du virage, comme si votre corps, rétif à tout changement et obéissant scrupuleusement au principe d’inertie, voulait prendre la tangente et partir dans le décor pour poursuivre tranquillement son mouvement rectiligne à vitesse constante. Le même phénomène est observable dans un ascenseur : au bas de l’immeuble, quand celui-ci amorce sa montée ou termine sa descente, vous êtes écrasé au sol, tandis qu’en haut, quand il achève sa montée ou amorce sa descente, vous avez l’impression d’être plus léger et de décoller du plancher ; entre les deux, l’ascenseur se déplace à vitesse constante, et aucun effet ne se fait sentir.

Existe-t-il d’autres effets de ces forces d’inertie ?

Oui ! Dans le tambour d’un lave-linge, le linge est projeté vers la périphérie par la force « centrifuge », qui n’est rien d’autre qu’une force d’inertie. Lancé à pleine vitesse (1 200 tours par minute), le tambour produit une accélération équivalente à 300 g, c’est-à-dire 300 fois l’accélération de la pesanteur. Par comparaison, un pilote de chasse qui décrit un looping peut encaisser environ 10 g : vous comprenez pourquoi le linge est bien essoré à la fin du cycle de lavage ! C’est également cette force centrifuge qui contribue aux marées, permet de maintenir les satellites et les planètes sur leur orbite circulaire, et fait qu’un fil à plomb adopte une direction ne passant pas exactement par le centre de la Terre,. Et c’est la force de Coriolis, une autre force d’inertie, qui fait s’enrouler en spirale les courants marins et les masses d’air, qui fait tourner l’eau dans les lavabos ou le pendule de Foucault installé sous la coupole du Panthéon, qui dévie la trajectoire des projectiles, et fait s’incliner très légèrement vers l’ouest les TGV qui roulent sur un axe Paris-Marseille, ce qui à la longue provoque une usure prématurée d’un des deux rails. Mais ne comptez pas sur elle pour faire « tourner les tables », cela relève du spiritisme !

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