Un vecteur est une représentation visuelle d’une quantité physique qui a à la fois une amplitude et une direction. La physique des vecteurs est l’étude des différentes forces qui agissent pour changer la direction et la vitesse d’un corps en mouvement. Les outils mathématiques de l’analyse vectorielle fournissent un moyen utile d’observer l’interaction des forces naturelles dans l’univers physique et de prédire l’impact que ces forces auront sur la matière en mouvement.
Les vecteurs sont symbolisés par des flèches de longueurs variables. La longueur relative de chaque flèche représente sa magnitude, qui peut être la vitesse ou toute autre force pouvant être mesurée. Chaque flèche a une certaine direction, qui est indiquée sur un plan cartésien en utilisant les axes géographiques Nord, Sud, Est et Ouest. La queue de chaque vecteur part des coordonnées cartésiennes de (0,0) et la position de la tête ou de la flèche indique sa direction respective.
Les outils d’analyse vectorielle fournissent un moyen de prédire les changements résultants à la fois de l’amplitude et de la direction d’un corps impacté par des forces externes. Par exemple, un avion se dirigeant plein nord à une vitesse de 100 km/h (160.93 mph) subira finalement un changement de vitesse et de direction s’il rencontre un vent d’ouest de 25 km/h (40.23 mph). La direction et la vitesse résultantes de l’avion peuvent être calculées en utilisant des vecteurs dessinés à l’échelle.
L’analyse et la résolution vectorielles sont généralement tracées sur un graphique à axes XY afin que chaque vecteur puisse facilement se voir attribuer une direction et une magnitude appropriée. L’analyse vectorielle est effectuée pour déterminer l’effet résultant ou net sur un corps d’une ou plusieurs forces qui agissent pour changer son mouvement et sa direction. La résolution des problèmes de physique vectorielle peut être calculée en utilisant diverses méthodes.
De simples problèmes de physique vectorielle peuvent être résolus en construisant un parallélogramme à partir de chacun des deux segments de droite distincts tracés sur un plan cartésien. Des lignes pointillées similaires répliquées à partir de chacun des vecteurs séparés sont ajoutées et une ligne est tracée à l’extrémité opposée du parallélogramme construit. La ligne tracée symbolise la direction et l’amplitude résultantes du corps sur lequel les autres forces ont agi pour changer sa direction et sa vitesse.
La physique des vecteurs s’intéresse à la relation entre les forces agissant les unes sur les autres, qu’il s’agisse de grands corps en mouvement ou de particules interagissant les unes avec les autres au niveau subatomique. La résolution de problèmes vectoriels plus complexes peut être résolue en utilisant des équations mathématiques algébriques ou trigonométriques qui calculent l’addition ou le produit des différents vecteurs. L’une des premières applications de l’analyse vectorielle a été son utilisation pour décrire avec précision la relation entre les forces électriques et magnétiques émanant, un élément central de la théorie de l’électromagnétisme, découverte pour la première fois par le physicien écossais James Maxwell Clerk au 19ème siècle.