Première loi de Newton (inertie)

La première loi de Newton dit que si la force extérieure nette exercée sur un objet est nulle, sa vitesse reste constante. Un objet reste donc soit au repos, soit en mouvement rectiligne à vitesse constante.

Cette affirmation s'applique dans un référentiel inertiel, c'est-à-dire un référentiel non accéléré. On appelle aussi cette loi la loi d'inertie, car l'inertie est la tendance de la matière à résister aux changements de vitesse.

La première loi de Newton en une ligne

Dans un référentiel inertiel,

$$\sum \vec{F}_{\text{ext}} = 0 \Rightarrow \vec{v} = \text{constant}$$

Le mot « constante » est important. Une vitesse constante peut être nulle, ce qui correspond au repos, ou bien correspondre à n'importe quel mouvement rectiligne uniforme.

Ce que signifie l'inertie en langage simple

On dit parfois que les objets en mouvement « veulent continuer à bouger ». C'est proche de l'idée juste, mais incomplet. L'idée plus précise est qu'un objet ne change pas de vitesse à moins qu'une force extérieure nette n'agisse sur lui.

La vitesse comprend la direction autant que la valeur. Donc tourner compte aussi comme un changement de vitesse, même si la valeur de la vitesse reste la même. Si la direction change, la force extérieure nette n'est pas nulle.

Exemple résolu : un palet qui glisse sur une glace lisse

Supposons qu'un palet de hockey glisse déjà vers l'est à $3\ \mathrm{m/s}$. Après que la crosse a perdu le contact, imaginons que la glace soit assez lisse pour que les frottements soient négligeables pendant les quelques secondes suivantes.

Alors la force extérieure nette est approximativement nulle, donc la première loi de Newton prédit que le palet continue à se déplacer vers l'est à environ $3\ \mathrm{m/s}$ en ligne droite.

Si le palet ralentit, cela vous indique que la force extérieure nette n'était pas réellement nulle. Sur une vraie glace, les frottements et la résistance de l'air font généralement diminuer un peu la vitesse, donc la prédiction de vitesse constante n'est valable que dans la mesure où cette approximation l'est aussi.

C'est l'habitude principale à prendre : demandez d'abord si la force extérieure nette est nulle. Si c'est le cas, attendez-vous à une vitesse constante. Si la vitesse change en valeur ou en direction, la force extérieure nette ne peut pas être nulle.

Erreurs fréquentes avec la première loi de Newton

• Penser qu'une force est nécessaire pour qu'un objet continue à se déplacer à vitesse constante. Une force nette est nécessaire pour changer la vitesse, pas pour la maintenir.
• Traiter « force nulle » comme si cela signifiait « mouvement nul ». Une force nette nulle peut aussi correspondre à un mouvement uniforme.
• Oublier qu'un virage change la vitesse. Le mouvement circulaire n'est pas un exemple de la première loi de Newton, car la direction change en permanence.
• Dire que l'inertie est une poussée ou une traction. L'inertie est une propriété de la matière, pas une force supplémentaire.

Quand on utilise la première loi de Newton

La première loi de Newton est le point de départ de l'analyse des forces. Avant de calculer quoi que ce soit, on se demande si le mouvement suggère une force nette nulle ou non nulle.

Elle explique aussi pourquoi la ceinture de sécurité est importante. Quand une voiture s'arrête brusquement, votre corps tend à conserver sa vitesse précédente. La ceinture fournit la force extérieure qui modifie ce mouvement en toute sécurité.

En physique introductive, cette loi sert aussi à justifier des modèles simples. Par exemple, le mouvement horizontal d'un projectile est souvent traité comme un mouvement à vitesse constante quand on néglige la résistance de l'air, car on considère alors que la force nette horizontale est nulle.

Essayez un cas similaire

Essayez votre propre version avec une situation du quotidien : un livre posé sur une table, un palet qui glisse après un tir, ou un passager projeté vers l'avant quand une voiture freine. Commencez par une seule question : la force extérieure nette est-elle nulle ? Cette vérification suffit souvent à savoir si la première loi de Newton s'applique directement ou s'il faut ensuite utiliser la deuxième loi de Newton.