Première loi du mouvement de Newton: Principe d’inertie

En mécanique classique, les lois du mouvement de Newton sont trois lois qui décrivent la relation entre le mouvement d’un objet et les forces agissant sur lui. La première loi stipule qu’un objet reste au repos ou continue de se déplacer à une vitesse constante, à moins qu’il ne soit agi par une force extérieure. La deuxième loi stipule que le taux de changement de quantité de mouvement d’un objet est directement proportionnel à la force appliquée, ou, pour un objet de masse constante, que la force nette sur un objet est égale à la masse de cet objet multipliée par l’accélération. La troisième loi stipule que lorsqu’un objet exerce une force sur un deuxième objet, ce deuxième objet exerce une force de grandeur égale et de direction opposée sur le premier objet.

Les trois lois du mouvement ont été compilées pour la première fois par Isaac Newton dans sa Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principes mathématiques de la philosophie naturelle), publiée pour la première fois en 1687. Newton les a utilisées pour expliquer et étudier le mouvement de nombreux objets et systèmes physiques, ce qui a jeté les bases pour la mécanique newtonienne.

L’inertie est la résistance de tout objet physique à tout changement de sa vitesse. Cela inclut les modifications de la vitesse de l’objet ou de la direction du mouvement. Un aspect de cette propriété est la tendance des objets à continuer à se déplacer en ligne droite à une vitesse constante, lorsqu’aucune force n’agit sur eux.

L’inertie vient du mot latin, iners, signifiant inactif, lent. L’inertie est l’une des principales manifestations de la masse, qui est une propriété quantitative des systèmes physiques. Isaac Newton a défini l’inertie comme sa première loi dans sa Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, qui déclare:

”La vis insita, ou force innée de la matière, est un pouvoir de résistance par lequel tout corps, autant qu’il repose, s’efforce de conserver son état actuel, qu’il soit de repos ou d’avancer uniformément en ligne droite.”

Dans l’usage courant, le terme « inertie » peut faire référence à « la quantité de résistance d’un objet au changement de vitesse » ou, pour des termes plus simples, « résistance à un changement de mouvement » (qui est quantifié par sa masse), ou parfois à sa quantité de mouvement, selon le contexte. Le terme « inertie » est mieux compris comme un raccourci pour « le principe d’inertie » tel que décrit par Newton dans sa première loi du mouvement: un objet non soumis à aucune force extérieure nette se déplace à une vitesse constante. Ainsi, un objet continuera à se déplacer à sa vitesse actuelle jusqu’à ce qu’une force fasse changer sa vitesse ou sa direction.

À la surface de la Terre, l’inertie est souvent masquée par la gravité et les effets du frottement et de la résistance de l’air, qui ont tous deux tendance à diminuer la vitesse des objets en mouvement (généralement au point de repos). Cela a induit en erreur le philosophe Aristote en lui faisant croire que les objets ne bougeraient que tant que la force leur était appliquée.

Le principe d’inertie est l’un des principes fondamentaux de la physique classique qui est encore utilisé aujourd’hui pour décrire le mouvement des objets et comment ils sont affectés par les forces appliquées sur eux.

La première loi stipule qu’un objet au repos restera au repos, et un objet en mouvement restera en mouvement à moins d’être agi par une force externe nette. Mathématiquement, cela revient à dire que si la force nette sur un objet est nulle, alors la vitesse de l’objet est constante.

∑F = 0 ⇔ dv/dt = 0.

La première loi de Newton est souvent appelée loi d’inertie.

Les première (et deuxième) lois de Newton ne sont valides que dans un référentiel inertiel.

Relativité

La théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein, telle que proposée dans son article de 1905 intitulé « Sur l’électrodynamique des corps en mouvement », a été construite sur la compréhension des cadres de référence inertiels développés par Galileo et Newton. Bien que cette théorie révolutionnaire ait considérablement changé la signification de nombreux concepts newtoniens tels que la masse, l’énergie et la distance, le concept d’inertie d’Einstein est resté inchangé par rapport à la signification originale de Newton. Cependant, il en résultait une limitation inhérente à la relativité restreinte: le principe de relativité ne pouvait s’appliquer qu’aux référentiels inertiels. Pour répondre à cette limitation, Einstein a développé sa théorie générale de la relativité (« Le fondement de la théorie générale de la relativité », 1916), qui a fourni une théorie comprenant des cadres de référence non inertiels (accélérés).