Force et référentiel

[darktaupin]

Bonjour,

Alors que je révisais mes cours de mécanique, une phrase prise en note a attiré mon attention "les forces appliquées en un point ne dépendent pas du référentiel dans lequel on est". Cette phrase n'est pas très clair pour moi, c'est pourquoi je pose la question suivante : qu'est-ce qui ne dépend pas du référentiel ? La norme ? Le vecteur ? Parce que si les forces ne dépendent pas du référentiel d'étude, qu'en est il des forces de frottement fluides qui dépendent de la vitesse qui dépend du référentiel ? Enfin vous avez vu que cela me laisse assez perplexe...

[fakbill]

Ca ne veut à peut près rien dire.
En méca, on commence par choisir un référentiel et un système puis on fait un bilan des forces en présence (ou on invoque une belle invariance). Ensuite on calcule ce qu'il y a à calculer.
Ne perds pas trop de neurones avec cette phrase (tu peux même l'effacer de ton cours )

[trofub]

Ca ne veut à peut près rien dire.
En méca, on commence par choisir un référentiel et un système puis on fait un bilan des forces en présence (ou on invoque une belle invariance). Ensuite on calcule ce qu'il y a à calculer.
Ne perds pas trop de neurones avec cette phrase (tu peux même l'effacer de ton cours )

Pour moi qui est eu un diplome d'ingénieur en méca il y a très longtemps.

De loin comme ça la phrase me parait archi fausse. Sauf si les référentiels dans les lesquels, on se dit invariant, ont des propriétés définies entre eux (référentiels "statiques" entre eux notamment)

[Quetzalcoatl]

Au contraire ! C'est un des fondements même de la mécanique galiléenne : "Les forces sont invariantes par changement de référentiel". Et là, quand on parle de force, on parle bien du VECTEUR : direction, sens et norme.

Bon, commençons par les classiques : force exercée par un ressort, attraction gravitationnelle ... ça ne pose pas de problème.

Celles définies avec des vitesses, comme les frottements : c'est pareil ! Bizarre car on a l'impression qu'avec $ \vec{f}=-\lambda\,\vec{v} $ si on change la vitesse on change la force. Oui mais non, c'est dû au fait que l'expression est très mal faite. Une bien meilleure expression est $ \vec{f}=-\lambda\,(\vec{v}_{/R}(M)-\vec{v}_{/R}(\mbox{fluide}) $. Et là, ça change tout : ce n'est pas la vitesse qui compte mais la différence de vitesse entre un point et le fluide dans lequel il est plongé.

Et les forces d'inertie alors ? Eh bien justement, parce qu'elles changent avec le référentiel (et elles changent VRAIMENT) ce ne sont pas des forces physiques : elles ne proviennent pas d'une interaction entre deux entités, contrairement à tout le reste. Pensez-y : comment appliquer la loi des actions réciproques avec les forces d'inertie ?

[trofub]

Le monsieur est plus calé que moi j'ai du dire une bêtise.
Mais si on place un référentiel dans une fusée en pleine accélération par rapport à un référentiel terrestre. Il n' y a vraiment aucun écart ?
avec O'=f(t,O) ?
Je pose surement fort mal le problème.
C'est juste pour quelqu'un qui a tout oublié.

[darktaupin]

Celles définies avec des vitesses, comme les frottements : c'est pareil ! Bizarre car on a l'impression qu'avec $ \vec{f}=-\lambda\,\vec{v} $ si on change la vitesse on change la force. Oui mais non, c'est dû au fait que l'expression est très mal faite. Une bien meilleure expression est $ \vec{f}=-\lambda\,(\vec{v}_{/R}(M)-\vec{v}_{/R}(\mbox{fluide}) $. Et là, ça change tout : ce n'est pas la vitesse qui compte mais la différence de vitesse entre un point et le fluide dans lequel il est plongé.

Je comprends maintenant pourquoi notre prof nous a indiqué, au moment de la définition de cette force, que le fluide devait être fixe dans le référentiel d'étude.

Je vous remercie pour votre réponse rapide et claire .

[fakbill]

Houla j'ai écris une bêtise de belle taille Du lourd.
Je me savais nul en méca du solide (je ne vois rien en 3D), on va rajouter la méca du point pour faire bon poids...

En me suis fait avoir en pensant aux forces d'inerties...pire j'ai tout de suite pensé à qv^B et au pb de changement de référentiel...sauf que pour de la méca
**galiléenne** ça se place là justement.

Désolé, on efface, les forces ne dépendent pas du référentiel (et les approches de la méca à la Langrange ou Hamilton sont bien plus chouettes qu'à la Newton mais c'est une autre histoire).

CBP: Pédagogiquement, y aurait il moyen de ne pas parler de "forces" pour les forces d'inertie? Parler de "pseudo forces" ou de je ne sais quoi mais pas de "forces"? Ca compliquerait pour rien peut être?

[Quetzalcoatl]

CBP: Pédagogiquement, y aurait il moyen de ne pas parler de "forces" pour les forces d'inertie? Parler de "pseudo forces" ou de je ne sais quoi mais pas de "forces"? Ca compliquerait pour rien peut être?

Théoriquement (euh, je veux dire d'après les consignes des programmes), on est censé dire soit << forces d'inertie >> (avec des guillemets) soit pseudo-force. Pour ma par j'avais adopté les guillemets et puis, le temps s'écoulant, j'ai laissé tombé j'écris sans les guillements. En effet cette distinction force physique / force pas physique n'est pas si intéressante que cela au niveau pratique. Elle n'est intéressante qu'au niveau théorique. J'ajouterais même que par rapport à des référentiels naturels (tels ceux liés à la Terre), il est parfois difficile de ne pas penser les forces d'inertie comme des forces normales : qui imagine et conceptualise le mouvement de rotation de la Terre lorsqu'il est immobile par rapport à celle-ci ?

Le monsieur est plus calé que moi j'ai du dire une bêtise.
Mais si on place un référentiel dans une fusée en pleine accélération par rapport à un référentiel terrestre. Il n' y a vraiment aucun écart ?
avec O'=f(t,O) ?
Je pose surement fort mal le problème.
C'est juste pour quelqu'un qui a tout oublié.

Les forces d'inertie changent, ça OK, mais comme les forces d'inertie ne sont pas des forces mais des accélérations passées de l'autre côté du signe 'égal' ça marche quand même. En revanche, pour la fusée en pleine accélération, la poussée est bien la même quel que soit le référentiel ! Elle ne bouge pas par rapport à un référentiel lié à elle ? Merci les forces d'inertie ...

[fakbill]

Tiens à propos de fusée, est ce qu'on apprends toujours F=ma en terminale S au lieu de F=dp/dt ? (ce qui n'aide pas à comprendre la dynamique des fusées...).

[Quetzalcoatl]

Oui, mais ce n'est pas si dérangeant que cela. Le plus dur à comprendre n'est pas que le PFD s'écrive $ \displaystyle\frac{\mathrm{d}\vec{p}}{\mathrm{d}t} $ et non $ m\,\vec{a} $ mais que $ \displaystyle\frac{\mathrm{d}(m\,\vec{v})}{\mathrm{d}t}\neq m\,\frac{\mathrm{d}\vec{v}}{\mathrm{d}t}+\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}t}\,\vec{v} $ ...

Le plus drôle avec la fusée, c'est de se placer dans le référentiel coïncidant : c'est un référentiel galiléen mais dont la vitesse varie à chaque instant ! Enfin non, le plus drôle avec la fusée c'est de montrer qu'elle doit tomber et qu'elle ne peut pas monter. Enfin non le plus drôle c'est de montrer qu'elle tombe vraiment ! Et quand on explique quelle est la force qui la fait monter (finalement), on rigole bien ! Enfin bref, la fusée ce n'est VRAIMENT pas facile physiquement parlant ...