En physique, l’inertie est la résistance d’un objet à un changement de son mouvement. Cela peut impliquer un changement de vitesse ou de direction, une tentative de déplacer un objet immobile ou une tentative d’arrêter un objet déjà en mouvement. L’idée est liée à la première loi du mouvement d’Isaac Newton, qui stipule que le mouvement d’un objet ne changera pas à moins qu’une force n’agisse sur lui. L’inertie dépend de la masse, puisque plus un objet est massif, plus il résiste à un changement de mouvement.
Si un objet est immobile, il ne bougera pas à moins que quelque chose ne le pousse ou ne tire dessus. De même, un objet en mouvement continuera à se déplacer à la même vitesse, en ligne droite et dans le même sens, à moins qu’une force ne l’influence. Sur Terre, une balle lancée horizontalement dans les airs, si elle est laissée à elle-même, ralentira et se courbera vers le sol. C’est parce que la force de gravité le tire vers la Terre et que l’air pousse contre elle, réduisant sa vitesse. Dans l’espace, sans gravité ni résistance à l’air, la balle continuerait simplement à se déplacer en ligne droite à une vitesse constante.
Le fait qu’il soit plus difficile de déplacer un objet lourd qu’un objet léger démontre la relation entre l’inertie et la masse. Sur Terre, la gravité complique le problème, mais dans l’espace, les choses sont plus claires. Ici, un objet massif – comme un boulet de canon – et un objet léger – comme une balle de tennis – sont tous deux en apesanteur, mais il faut toujours une force beaucoup plus grande pour déplacer un boulet de canon qu’une balle de tennis. De même, il faudrait plus de force pour arrêter ou changer la direction d’un boulet de canon en mouvement. L’inertie peut donc être utilisée pour mesurer la masse d’une manière indépendante de la gravité.
Exemples d’inertie
Les gens sont confrontés à l’inertie au quotidien. Par exemple, une personne conduisant une voiture subira une force la repoussant contre le siège lorsque la voiture accélère ; cela est dû à la résistance du conducteur au mouvement vers l’avant de la voiture. De même, lorsque la voiture ralentit, le conducteur est poussé vers l’avant – par rapport à la voiture – à nouveau, en raison de sa résistance au changement de mouvement. C’est pourquoi les ceintures de sécurité sont un élément de sécurité essentiel dans les voitures. Si le conducteur devait freiner soudainement, les occupants continueraient d’avancer à la vitesse d’origine, et sans ceintures de sécurité pour les retenir, ils pourraient être gravement blessés.
La propre inertie de la voiture est une considération importante pour les conducteurs. Cela explique pourquoi les véhicules en mouvement ont une distance d’arrêt qui dépend de la vitesse et de la masse du véhicule. La résistance d’une voiture à un changement de mouvement explique aussi pourquoi la voiture dérapera si le conducteur essaie de tourner trop vite : le véhicule aura tendance à continuer à avancer dans la même direction.
Inertie de rotation
C’est un concept similaire, mais qui s’applique aux objets qui tournent. Encore une fois, plus un objet a de masse, plus il est difficile de le faire tourner et plus il est difficile de l’arrêter de tourner s’il le fait déjà. La quantité de résistance à un changement de mouvement pour un objet en rotation est connue sous le nom de moment d’inertie, qui est généralement donné le symbole I. Pour un point sur la surface d’un objet en rotation, I est calculé comme la masse multipliée par le carré de la distance à l’axe de rotation. Les calculs pour des objets entiers sont plus compliqués.
Lorsqu’un objet se déplace en ligne droite, sa quantité de mouvement est sa masse multipliée par sa vitesse. Pour un objet en rotation, l’équivalent est son moment cinétique, qui est I multiplié par sa vitesse de rotation. Le moment angulaire est toujours conservé, c’est-à-dire qu’il reste le même même si l’un des facteurs contributifs change. Une modification d’un facteur doit être compensée par une modification de l’autre afin que le moment cinétique reste constant.
Un bon exemple est l’énorme augmentation de la vitesse de rotation lorsqu’une étoile s’effondre sous l’effet de la gravité en une étoile à neutrons. Les étoiles tournent normalement lentement, mais lorsqu’une étoile à neutrons se forme, son diamètre se réduit à une infime fraction de sa valeur d’origine. Cela réduit considérablement le moment d’inertie à la surface de l’étoile – puisque la distance à l’axe de rotation est maintenant beaucoup plus petite – sa vitesse de rotation doit donc considérablement augmenter pour maintenir le même moment angulaire. C’est pourquoi les étoiles à neutrons tournent généralement à plusieurs tours par seconde.
L’origine de l’inertie
Isaac Newton, en formulant ses lois du mouvement, supposait l’existence d’un espace absolu fixe par rapport auquel tout mouvement pouvait être mesuré. En 1893, le physicien Ernst Mach a proposé que l’espace absolu n’avait pas de sens et que tout changement dans le mouvement d’un objet devait être considéré comme relatif aux étoiles lointaines. Avec les théories de la relativité d’Einstein, l’idée d’un espace fixe a en effet été rejetée, mais cela implique que l’inertie d’un objet proche est en quelque sorte influencée par des objets éloignés de plusieurs années-lumière. De plus, l’effet semble être instantané. Un certain nombre de théories ont été avancées – certaines impliquant des idées exotiques telles que des influences remontant dans le temps – mais, à partir de 2012, il ne semble pas y avoir d’explication généralement acceptée pour l’origine de l’inertie.