Cours principe d’inertie - Tronc commun scientifique

 Cours de physique : Principe d’inertie pour Tronc commun

Dans cet page dans le site Top PC , nous allons présenter la leçon du  principe d’inertie s'appelle aussi 1ère loi de Newton. c'est le cours 4 de niveau Tronc commun scientifique du Maroc. 

Après le lancé du palet de curling par un joueur sur le terrain, on constante que son centre d’inertie garde un mouvement rectiligne uniforme tant qu’il ne heurte aucun obstacle. Qu’est-ce qu’un centre d’inertie ? Comment trouver sa position ? Que s’appelle le palet de curling dans ce cas ? Que s’appelle le principe qui peut expliquer cette observation ? 

Les objectifs d’apprentissage de ce cours

Dans le Cours principe d’inertie les élèves du Tronc commun scientifique va: 

• Connaitre Le centre d’inertie d’un corps solide 
• Connaitre la position du  centre d’inertie de quelques corps homogènes simples 
• Connaître l’énoncé du principe d’inertie et son application 
• Savoir comment analyser un enregistrement  
• Connaitre le système isolé et pseudo isolé. 
• Connaître le repère galiléen 
• Connaître la relation barycentrique et l’appliquer pour déterminer le centre d’inertie d’un système 

I - Système isolé - Système pseudo-isolé

 Avant de connaitre la 1er lois de Newton il faut distingué la différence entre le système isolé et pseudo isolé. 

1) Système isolé:

Un solide isolé est un solide qui n’est soumis à aucune force. Il s’agit d’une situation modèle qui n’existe pas mais dont l’évocation simplifie les raisonnements.  

Exemple de système isolés: L'astronaute dans la station spatiale est considéré un système isolé car il n'est soumis à aucune action mécanique.

2) Système pseudo-isolé:

Il existe des solides, appelés pseudo-isolés, dont le comportement mécanique est identique à celui d’un solide isolé.

Un solide pseudo-isolé est un solide soumis à des actions qui se compensent, c’est-à-dire tel que la somme vectorielle des forces auxquelles il est soumis est égale au vecteur nul. 

Exemple de système pseudo-isolés: L'autoporteur sur la table à coussin d'air horizontale (lorsqu'on démarre la soufflerie ) est considéré un système pseudo-isolé car il soumis à l'action de deux forces F et P qui se compensent.

Voir aussi: les exercices sur le principe d’inertie

II- Centre d’inertie 

Chaque corps solide possède un point particulier, qui reste immobile, ou ayant un mouvement rectiligne uniforme lorsque le système est mécaniquement isolé ou pseudo isolé, ce point est appelé centre d’inertie  noté G du système, c’est le point d'intersection des axes de symétrie.

Dans le cas de solides homogènes possédant un centre de symétrie, le centre d’inertie G se confond avec le centre de symétrie.

Le centre d’inertie G d’un solide rend compte de la répartition des masses du solide. 

III- Le principe d’inertie (1ère loi de Newton) :

En physique, un principe est une affirmation faite au sujet d’une propriété non démontrable. Cette propriété est considérée comme vraie et ses conséquences ne sont pas mises en défaut.

1- Enoncé de la loi d'inertie:

Lorsqu’un solide est isolé ou pseudo-isolé, et quelque soit le mouvement de ce solide, son centre d'inertie G peut :

• Soit rester au repos, s'il est initialement immobile : VG= 0
• Soit être animé d'un mouvement rectiligne uniforme : VG= c o n s t a n t

2- Ecriture mathématique de la loi d'inertie

Tu peut voir la formule mathématique de principe d'inertie dans cet image: 

Réciproquement si un corps est au repos ou en mouvement rectiligne uniforme alors il n’est soumis à aucune force ou à des forces qui se compensent.

Remarques:

• Le principe d’inertie n’est vérifié que dans des référentiels dits « Galiléens ».
• Le référentiel terrestre peut être considéré comme Galiléen.
• Un repère galiléen est un repère dans lequel le principe d’inertie s’applique. 

IV- Centre d’un système matériel

Le centre de masse d’un système matériel est le barycentre de tous les points matériels formant ce système.

La relation barycentrique:

 Le centre de masse G d’un système composé des corps solides homogènes (Si) de centre de masse Gi et de masse mi est donné par la relation :

avec O : point  fixe dans l’espace G est à la fois centre d’inertie, centre de masse, centre de gravité et barycentre du système.

Exercice d'application 1:

Un disque de masse M et de rayon R a pour centre C. Soit un point du périphérique du disque et A un point diamétralement opposé à O. En A , on fixe un corps de masse M/10. (Voir la figure):

Déterminer le centre d’inertie G de ce solide.

 Corrigé

Soit G le centre d’inertie du système G compris entre C et A.

D’après la formule du centre d’inertie :

Exercice d'application 2:

Toutes les actions mécaniques s’exerçant sur le ballon sont modéliser sur le schéma par des forces.

1. Que peut-on de ces actions mécaniques ?
2. Voici le dialogue entre deux élèves :

• Ahmed : « Ce camion est immobile dans le référentiel terrestre ».
• Ali : « Non ! Ce ballon est en mouvement rectiligne uniforme dans ce référentiel ». Qui a raison ? Justifier.

 Corrigé

1. Que peut-on de ces actions mécaniques ? les deux actions mécaniques se compensent.
2. Qui a raison ?

Le référentiel terrestre correspond au référentiel lié au sol. Donc c’est Ahmed qui a raison.

Cependant, Ali a aussi raison, car si le ballon a un mouvement rectiligne uniforme, alors il est

pseudo isolé mécaniquement, d’après le principe d’inertie.

Exercice d'application 3:

Une automobile se déplace en déplace en ligne droite à vitesse constante.

1. Quelle est la nature du mouvement de la voiture ?
2. Que peut-on dire des actions mécaniques qui s’exercent sur la voiture ?
3. Cette automobile prend un virage,. La route la route étant verglacée, la voiture est déportée vers l’extérieur du virage. Expliquer pourquoi, en utilisant le principe d’inertie.

Corrigé

1. Le mouvement est uniforme (vitesse constante).
2. Que peut-on dire des actions mécaniques qui s’exercent sur la voiture ? D’après le principe d’inertie, comme le mouvement est rectiligne uniforme, on peut en déduire que les forces exercée sur l’automobile se composent.
3. Expliquer pourquoi, en utilisant le principe d’inertie. Dans un virage, le mouvement n’est pas rectiligne, les conditions d’application de principe d’inertie ne s’applique pas, les forces exercées sur l’automobile ne se compensent plus.

Exercice d'application 4:

Le référentiel d’étude est un référentiel terrestre.

Répondre par vrai ou faux aux propositions suivantes :

1. Si les forces appliquées à un objet se compensent, alors sa vitesse est toujours nulle.
2. Si les forces appliquées à un objet se compensent, alors cet objet est au repos ou son mouvement est rectiligne uniforme.
3. Un objet est lancé verticalement vers le haut ; la vitesse de son centre s’annule à l’instant ou il atteint son altitude maximale avant de retomber : à cet instant, les forces qui s’exercent sur l’objet se récompensent.
4. les forces extérieures, qui s’exercent sur une automobile qui se déplace à vitesse constante sur une pente rectiligne, se compensent.

Corrigé

Les propositions 2 et 4 sont vraies :

• Si les forces appliquées à un objet se compensent, alors cet objet est au repos ou son mouvement est rectiligne uniforme.
• les forces extérieures, qui s’exercent sur une automobile qui se déplace à vitesse constante sur une pente rectiligne, se compensent.

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Voir aussi:

Le cours 5 de Tronc commun  : Equilibre d’un corps solide soumis à deux forces

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