Efforts exercés sur un système matériel

On appelle référentiel galiléen ou inertiel, tout référentiel muni de la chronologie privilégiée, tel qu'un point matériel soumis à aucune force, y ait un mouvement rectiligne et uniforme.

Deux référentiels galiléens sont en mouvement de translation rectiligne et uniforme l'un par rapport à l'autre.

L'existence d'une force se détecte dès que le mouvement produit est différent du rectiligne uniforme.

Force, galiléen, chronologie privilégiée, forment un nœud de concepts non séparables.

Aucune de ces notions ne peut être définie sans les deux autres..

La simulation suivante montre que divers points matériels isolés permettent de définir la même chronologie Galiléenne : alors, ces mouvements sont rectiligne uniformes par rapport à tout Galiléen muni de cette chronologie privilégiée.

La Première loi de NEWTON, appelée encore Principe de l'inertie, s'énonce :

Tout corps conserve son état de repos ou de mouvement rectiligne uniforme en l'absence de forces extérieures agissant sur lui.

Sous forme d'écriture vectorielle: \(\displaystyle{\overrightarrow{F}=\overrightarrow0}\) si et seulement si \(\displaystyle{\overrightarrow{\gamma}=\overrightarrow0}\)

Si aucune force n'agit sur un système, on dit qu'il est isolé : il n'est soumis à aucune interaction de la part de son environnement

Remarques:

La notion de système isolé n'est souvent qu'une approximation : elle traduit le fait qu'on néglige les interactions du reste du monde sur ce système.

Par conséquent, il faut relier cette approximation à la recherche du galiléen adéquat pour la description du système et du mouvement étudiés.

Naturellement les sous-systèmes d'un système isolé ne sont pas isolés.

La séquence suivante montre des mobiles pseudo-isolés obéissant au principe d'inertie suite à des conditions initiales d'intensité différentes. Les mouvements rectilignes uniformes ont donc des vitesses qui dépendent de ces conditions.

L'absence de force étant définie, il faut en définir l'existence puis la mesure.

On appelle Force une grandeur vectorielle qui, dans un galiléen, décrit une interaction produisant un mouvement différent du mouvement rectiligne uniforme.

Dans un référentiel galiléen, un point matériel est soumis à une accélération proportionnelle à la force qui lui est appliquée.

Le coefficient de proportionnalité qui caractérise la résistance du corps à tout changement de son mouvement se nomme masse d'inertie \(m_i\).

\(\displaystyle{m_i\overrightarrow\gamma=\overrightarrow F}\)

Remarques:

a) Les concepts de temps et de force dépendent de l'observateur et du référentiel choisi.

b) La force est définie sans référence explicite à l'accélération, mais en référence notamment à un mouvement.

c) La masse d'inertie ne dépend pas du mouvement.

C'est une unité dérivée définie à partir de la deuxième loi de Newton.

L'équation aux dimensions d'une force est: \([F]= M L T ^{-2}\)

L'unité S.I. est le Newton (N)

Une force de \(1 \textrm{ N}\) est susceptible de communiquer à une masse de \(1\textrm{ kg}\) une accélération de \(1 \textrm{ m.s}^{-2}\).