Bonjour,

Tu raisonnes "à l'envers". Tu tu demandes s'il faut admettre l'existence des forces d'inertie ; puis tu dis ne pas comprendre leurs effets...
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Tu devrais partir des effets. Et te demander comment rendre compte de ces effets.

Les programmes scolaires t'ont habitué à raisonner dans un référentiel galiléen. Tu y appliques les lois de Newton.

Dans le bus en mouvement rectiligne et uniforme, le ballon à tes pieds est immobile.
Dans l'ascenseur immobile le pèse-personne sur lequel tu es monté(e) indique la même valeur que quand il est dans ta salle de bains.

Le bus ralentit et voilà que le ballon quitte tes pieds et continue vers l'avant. Pourquoi ?
L'ascenseur démarre vers le haut et voilà que le pèse-personne indique (pendant la phase d'accélération) une valeur supérieure à celle qu'il indiquait à l'arrêt. Pourquoi ?
L'ascenseur après s'être arrêté repart vers le bas et maintenant l'indication est plus faible qu'à l'arrêt (pendant la phase d'accélération). Pourquoi ?

Dans ces trois cas, le bus ou l'ascenseur ne constituent plus un référentiel galiléen, ils sont accélérés par rapport à la Terre (référentiel galiléen en première approximation pour ces expériences).

Mais les lois de Newton sont tellement pratiques dans les référentiels galiléens que l'on a envie de pouvoir continuer à les utiliser même quand le référentiel n'est plus galiléen parce qu'il est accéléré. Pour rendre compte de ces effets nouveaux qui apparaissent dans les référentiels non galiléens on va introduire dans les modèles de la physique des forces nouvelles que l'on peut appeler forces d'inertie. Ces forces ne résultent pas de l'une des quatre interactions (gravitationnelle, électromagnétique, forte et faible) mais seulement du désir de travailler dans un référentiel non galiléen avec les mêmes outils que ceux auxquels on est habitué dans les référentiels galiléens.

L'exemple le plus spectaculaire pour le "poids apparent" est probablement celui de l'astronaute dans la cabine du satellite.

Raisonnement dans un référentiel (quasi) galiléen : la Terre. L'astronaute est soumis à une force : son poids. Il est en rotation autour de la Terre d'un mouvement circulaire et uniforme. Son poids est la force centripète qui assure ce mouvement.

Raisonnement dans un référentiel non galiléen car accéléré : le satellite. L'astronaute est soumis à une force résultat de l'interaction gravitationnelle, son poids, et à une force d'inertie, la force centrifuge égale et opposée à la force centripète (donc égale et opposée à son poids). La somme de ces deux forces est nulle et l'astronaute rend compte ainsi qu'il est en "impesanteur" et flotte dans la cabine du satellite.

merci pour cette explication mais j'ai pas  bien compris la dernière parti (concernant le raisonnement dans un référentiel non galiléen )  

Le terrien qui, depuis un référentiel galiléen, regarde l'astronaute flotter dans son satellite explique cela avec une seule force : le poids de l'astronaute ; force résultant de l'interaction gravitationnelle.

L'astronaute qui veut expliquer son "impesanteur" en prenant comme référentiel le satellite qui n'est pas un référentiel galiléen (c'est un référentiel accéléré puisque son mouvement n'est pas rectiligne et uniforme quand il est décrit dans un référentiel galiléen) ne peut pas le faire avec les seules forces résultant d'une des quatre interactions fondamentales. Il doit introduire un nouveau type de force, dit "force d'inertie", nécessaire uniquement parce que le référentiel dans lequel il décrit le phénomène n'est pas galiléen mais accéléré.

Bonjour Seirah !

Si tu n'as pas bien compris la différence entre un référentiel galiléen et non galiléen, c'est tout à fait normal, tout le monde bute là-dessus un jour ou l'autre, car les profs oublient parfois quelques règles élémentaires de pédagogie !

Quelles sont ces règles ? Les étudiants devraient d'abord maîtriser parfaitement les descriptions dans les référentiels galiléens avant d'aborder celles qui concernent les référentiels non galiléens, mais surtout : ne jamais les mélanger, ni les placer sur un même plan !  

Car :
- référentiel galiléen = forces réelles
- référentiel non galiléen = forces fictives
- mélange interdit !


Qu'est-ce qu'un référentiel non galiléen ? C'est un terme barbare pour dire simplement qu'on ''oublie'' les vraies causes du mouvement et qu'on s'intéresse alors uniquement à une illusion d'optique ! Bref on fait comme si le référentiel était immobile !

Les exemples sont toujours les mêmes : la voiture qui prend un virage, le bus qui freine, le satellite...


Une voiture qui prend un virage ?

Ici le référentiel galiléen est la Terre, la voiture décrit une trajectoire circulaire grâce à la force de guidage qui s'exerce sur les pneumatiques au contact du sol. La voiture ''pousse'' la Terre (3e loi de Newton) mais le rapport des masses fait que c'est la voiture qui infléchit sa trajectoire. Cette force se transmet ensuite à la carrosserie et à tout ce qu'elle contient.

Le référentiel non galiléen, c'est la voiture ! Dans ce référentiel, il est impossible (et donc interdit !) d'évoquer la force de guidage. On se contente alors de décrire le mouvement du passager qui ''refuse'' de tourner. C'est là qu'intervient le concept de force fictive pour expliquer cette ''résistance''.

Attention ! Ne pas confondre cette force fictive avec la réaction de Newton ! La réaction du passager est bien réelle, il pousse sur la portière, comme la voiture sur la Terre, mais uniquement dans le référentiel galiléen ! Dans le référentiel voiture, la force d'inertie reste une force purement imaginaire qui sert uniquement à combler le vide d'une description tronquée, donc sans action, ni réaction !


Le bus qui freine ?

Le référentiel galiléen est encore la Terre ! Le bus freine grâce à la force de freinage qui s'exerce sur les pneumatiques au contact du sol. Comme la voiture décrite supra, le bus ''pousse'' la Terre, etc. Tout ce qui est dans le bus est freiné en même temps, à condition d'être solidement relié à la carrosserie (barre de maintien, ceinture, sangles...). Si ce n'est pas la cas, les objets gardent leur vitesse et donnent l'illusion de bouger, mais ce n'est qu'une illusion.

Le référentiel non galiléen, c'est le bus. Les objets donnent l'illusion de bouger. Pour expliquer ce mouvement apparent, il faut une force, c'est la force d'inertie. Attention ! Ici, ni action, ni réaction, on reste dans l'imaginaire !


Le satellite géostationnaire ?

Le référentiel galiléen, c'est le système solaire ! Le satellite tourne autour de la Terre, avec la même vitesse angulaire. Il se maintient en orbite grâce à un subtil équilibre entre sa vitesse et la force de gravitation qui infléchit sa trajectoire. La Terre attire le satellite et le satellite attire la Terre (3e principe de Newton) mais le rapport des masses est en défaveur du satellite.

Le référentiel non galiléen ? Ici c'est la Terre ! Le satellite donne l'illusion d'être en équilibre dans l'espace, comme s'il était immobile. Pour éviter qu'il s'écrase sur Terre, il faut alors imaginer une force égale et opposée à son poids pour le maintenir dans l'espace. Ici il n'y a ni action, ni réaction, on n'est pas dans la réalité, on est dans l'imaginaire !

Notons en passant que cette force devrait s'appeler ''force apparente'' plutôt que ''force centrifuge'' car, dans cette description, tout est immobile et il n'y a pas de centre... Encore une confusion de plus !

Et tant qu'on y est, oublions les termes ''galiléen'', à remplacer par ''général'' ou ''absolu'', et ''non galiléen'', à remplacer par ''restreint'' ou ''relatif''...

N'hésite pas à poser des questions à tes profs car, comme on peut le voir sur les forums, certains mélangent tout, confondent les descriptions ou les fusionnent, ou pire : ignorent les descriptions réelles ! Bon courage !