Référentiel galiléen : Référentiel dans lequel le principe d'inertie s'applique.
- Identifier le système étudié
- Définir le référentiel
- Faire le bilan des forces extérieures
- Appliquer le principe d'inertie
Une balle est lancée dans l'espace loin de toute planète, donc sans influence gravitationnelle.
Il n'y a aucune force extérieure agissant sur la balle (négligeant la gravité, la résistance de l'air, etc.).
Comme \(\sum \vec{F_{ext}} = \vec{0}\), la balle est animée d'un mouvement rectiligne uniforme.
La balle continue à se déplacer en ligne droite à vitesse constante.
Si la balle est lancée à 10 m/s, elle continuera à 10 m/s indéfiniment.
La balle est en mouvement rectiligne uniforme car aucune force extérieure ne s'exerce sur elle.
• Principe d'inertie : \(\sum \vec{F} = \vec{0} \Rightarrow \vec{v} = \text{cste}\)
• Absence de force : Mouvement rectiligne uniforme
• Espace : En l'absence de gravité, pas de force extérieure
Surface sans frottement : Surface idéale où la force de frottement est nulle.
Poids \(\vec{P}\) vers le bas, réaction normale \(\vec{N}\) vers le haut.
\(\vec{P} + \vec{N} = \vec{0}\) donc la bille ne tombe pas.
Aucune force horizontale car pas de frottement ni poussée.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc la bille est en MRU.
Si la bille est lancée, elle continue indéfiniment à la même vitesse.
La bille est en mouvement rectiligne uniforme car la somme des forces est nulle.
• Forces verticales : Équilibrées par la réaction du support
• Absence de frottement : Pas de force horizontale
• MRU : Conséquence directe du principe d'inertie
État de repos : Cas particulier de MRU où la vitesse est nulle.
Poids de la personne \(\vec{P}\) vers le bas, réaction du siège \(\vec{R}\) vers le haut.
\(\vec{P} + \vec{R} = \vec{0}\), donc la personne ne tombe pas.
Aucune force horizontale n'est présente.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc la personne est immobile.
Le repos est un MRU avec vitesse nulle.
La personne est immobile car la somme des forces est nulle, ce qui est conforme au principe d'inertie.
• Repos : MRU avec \(\vec{v} = \vec{0}\)
• Équilibre : \(\sum \vec{F} = \vec{0}\)
• Force de contact : Réaction du siège compense le poids
Mouvement rectiligne uniforme : Mouvement en ligne droite à vitesse constante.
Poids du bateau vers le bas, poussée d'Archimède vers le haut.
Force motrice des moteurs vers l'avant, force de résistance de l'eau vers l'arrière.
Force motrice = force de résistance, donc vitesse constante.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc MRU.
Le bateau continue à 10 km/h si les forces restent équilibrées.
Le bateau est en MRU car la somme des forces extérieures est nulle.
• Équilibre horizontal : Force motrice = résistance
• Poussée d'Archimède : Compense le poids verticalement
• MRU : Conséquence du principe d'inertie
Vol stabilisé : Avion en vol horizontal à vitesse constante.
Portance vers le haut, poids vers le bas.
Traction des moteurs vers l'avant, traînée aérodynamique vers l'arrière.
Portance = poids, donc altitude constante.
Traction = traînée, donc vitesse constante.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc MRU.
L'avion est en MRU car toutes les forces sont équilibrées.
• Équilibre vertical : Portance = poids
• Équilibre horizontal : Traction = traînée
• MRU : Conséquence directe du principe d'inertie
Mouvement rectiligne uniforme : Mouvement en ligne droite à vitesse constante.
Poids de la voiture vers le bas, réaction normale de la route vers le haut.
Force motrice vers l'avant, forces de résistance (frottement, air) vers l'arrière.
Force motrice = forces de résistance, donc vitesse constante.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc MRU.
Pour une voiture de 1200 kg à 50 km/h : forces équilibrées = MRU.
La voiture est en MRU car la somme des forces extérieures est nulle.
• Équilibre horizontal : Force motrice = résistance
• MRU : Conséquence du principe d'inertie
• Force de frottement : Compense la force motrice
Orbite circulaire : Le satellite subit une force centripète constante.
Force gravitationnelle exercée par la Terre sur le satellite.
La force gravitationnelle est une force extérieure centripète.
\(\sum \vec{F} = \vec{F_g} \neq \vec{0}\), donc pas de MRU.
Mouvement circulaire uniforme, pas rectiligne.
Le satellite ne satisfait pas au principe d'inertie car une force nette agit.
Le satellite n'est pas en MRU car une force gravitationnelle nette agit sur lui.
• Force centripète : Force nette ≠ 0
• Mouvement circulaire : Pas rectiligne
• Principe d'inertie : Ne s'applique pas ici
Objet immobile : Cas particulier de MRU avec vitesse nulle.
Poids du livre vers le bas, réaction normale de la table vers le haut.
\(\vec{P} + \vec{N} = \vec{0}\), donc le livre ne tombe pas.
Aucune force horizontale n'agit sur le livre.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc le livre est immobile.
Le repos est un MRU avec vitesse nulle.
Le livre est immobile car la somme des forces est nulle, conforme au principe d'inertie.
• Équilibre : \(\sum \vec{F} = \vec{0}\)
• Repos : MRU avec \(\vec{v} = \vec{0}\)
• Force de contact : Réaction du support compense le poids
Mouvement rectiligne uniforme : Mouvement en ligne droite à vitesse constante.
Poids de la personne vers le bas, réaction normale du sol vers le haut.
Force de propulsion vers l'avant, forces de résistance (frottement, air) vers l'arrière.
Force de propulsion = forces de résistance, donc vitesse constante.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc MRU.
Une personne marchant à 5 km/h est en MRU si forces équilibrées.
La personne est en MRU car la somme des forces extérieures est nulle.
• Équilibre horizontal : Propulsion = résistance
• MRU : Conséquence du principe d'inertie
• Force de frottement : Essentielle pour la propulsion
Mouvement rectiligne uniforme : Mouvement en ligne droite à vitesse constante.
Poids du train vers le bas, réaction normale des rails vers le haut.
Force motrice vers l'avant, forces de frottement et de résistance vers l'arrière.
Force motrice = forces de résistance, donc vitesse constante.
\(\sum \vec{F} = \vec{0}\), donc MRU.
Un TGV à 300 km/h est en MRU si forces équilibrées.
Le train est en MRU car la somme des forces extérieures est nulle.
• Équilibre horizontal : Force motrice = résistance
• MRU : Conséquence du principe d'inertie
• Transport ferroviaire : Excellent exemple de MRU
