(23) Forces d'inertie, références dans le cadre des accélérations:

Nous avons déjà décrit, dans une section précédente, le mouvement sur le cercle et montré que la force centripète en était la base. Cette force dirigée vers le centre de rotation, a une valeur :

F_centripète = mV ²/R

Pour qui n'a pas étudié les mouvements et les accélérations, le mot "centripète " est probablement nouveau. Par contre, la plupart des personnes connaissent la force "de poussée" centrifuge , la force qui vous expédie dans un coin de la voiture en vous rejetant loin du centre de rotation. Dans une farandole, cette force vous éjecte de la ronde, même si vous êtes en plein dedans. Quel est le rapport ?

Forces d'inertie

En s'installant (par exemple) dans une voiture de la " grande boucle ", manège en cercle vertical, comme dans l'image ci contre, provenant d'un parc d'attraction du Japon, il est malheureusement assez difficile de repérer son mouvement par rapport à la terre fixe. Il est beaucoup plus simple de s'orienter par rapport à la voiture dans laquelle on est assis.

Cette voiture est soumise en roulant à diverses accélérations , et en principe des forces supplémentaires entrent dans la description si on se reporte aux accélérations pour appliquer les lois du mouvement : ces forces sont appellées forces d'inertie. On peut les appeler forces "factices", si vous souhaitez, puisque dans le calcul du même mouvement vis à vis du monde extérieur, elles n'apparaissent pas du tout. Mais dans le cadre des accélérations, il faut cependant les considérer comme des forces réelles, qui doivent être équilibrées par d'autres forces aussi réelles, comme la force centrifuge .

Avant de les étudier, considérons un cas plus simple. Vous êtes assis dans un autobus, se déplaçant une ligne droite. Soudainement le conducteur freine et tous les passagers se sentent poussés en avant. Pourquoi ?

Vecteurs

Ralentissement d'un autobus

Notez que maintenant, les forces doivent changer pour que soit maintenu l'équilibre . Le poids F₁ est fixe, et pour garder l'équilibre de l'équation (aussi bien que du passager), F₂ doit changer. Par exemple, le passager peut saisir le siège devant lui, et se repousser, avec une force égale à l'accélération supplémentaire donnée de l'autre côté de l'équation.

Pour analyser la situation par rapport à l'autobus, nous ajoutons +ma y_u des deux côtés. Du côté droit ces forces s'annulent, et l'équation devient :

Dans le cadre de l'autobus qui ralentit , l'interprétation reste que, pour garder l'équilibre, les forces, doivent évidemment s'annuler (vers l'avant), mais que maintenant il a fallu inclure une force d'inertie may_u poussant vers l'avant, dans la direction de yu. Cette force d'inertie n'est ressentie qu' uniquement dans ce seul cadre, mobile. On peut l'appeler "une force factice" si on le souhaite, mais quand il y a besoin d'une ceinture de sécurité ou d'un airbag pour éviter de se jeter sur le pare-brise, elle semble assez réelle!

Décollage

Si vous prenez un avion de ligne à réaction, remarquez qu'au décollage vous êtes repoussé dans votre siège. C'est la force d'inertie, agissant dans le cadre de l'accélération de l'avion. Quand un autobus ralentit , vous êtes poussé en avant, mais dans l'accélération d'un avion vous êtes poussé en arrière . Une expérience simple : munissez vous d'une corde lestée (un fil de pêche et des écrous ) et accrochez la avant le décollage, pour repérer la direction "verticale". Pendant le décollage, la corde s'inclinera vers l'arrière, sans doute de 5-10 degrés.

Ce n'est rien, comparé aux forces d'inertie endurées par les astronautes de la navette spatiale pendant le lancement. La navette accélère à environ 2- 3g, la force supplémentaire ressentie par les astronautes, dans leur référence, est de 2 ou 3 fois leur poids.