Référentiel galiléen

[Bruno0693]

Bonjour,

Dans un livre de physique je trouve la définition suivante d'un référentiel galiléen :

Un référentiel galiléen est un référentiel où toute particule libre, sur laquelle aucune force n'agit, est au repos ou animée d'un mouvement rectiligne uniforme.

Le rédacteur écrit ensuite :

Il est un fait que cette définition n'en est pas vraiment une, puisque nous ne pouvons jamais savoir qu'aucune force n'agit sur un corps, puisque nous caractérisons l'action d'une force sur un corps par le fait qu'elle peut communiquer une accélération au corps, et donc modifier "son mouvement rectiligne et uniforme".

J'ai un peu de mal à comprendre cette remarque.

Supposons que nous soyons dans un référentiel R et que nous observions, dans ce référentiel, un certain objet afin de savoir si une force s'applique sur lui.

- Si on constate que l'objet a un mouvement accéléré dans R, c'est qu'une force s'applique sur lui.

- Si on constate que l'objet a un MRU dans R, pour dire qu'aucune force ne s'applique sur lui il faudrait que R soit galiléen. Mais, pour dire que R est galiléen, il faudrait qu'aucune force ne s'applique sur l'objet animé d'un MRU dans R.

Bref, dans le cas où l'objet a un MRU dans R, on a aucun moyen de savoir si R est galiléen ni si aucune force ne s'applique sur lui.

Est-ce que c'est comme cela que vous comprenez la remarque de l'auteur ?

Merci d'avance pour vos réponses.
-----

[misterdealer]

Imagine que tu es dans un ascenseur en haut de l'empire state building et que tout à coup, le cable coupe. (0 frottements)

Tu seras alors en chute libre , en état d'apesanteur. Si l'ascenseur était beaucoup plus grand, et que tu tomberais pendant une très longue durée, tu pourrais te balader avec un mouvement rectiligne uniforme.

Pourtant la force de gravité agit sur toi, mais tu ne peux le mettre en évidence, car enfermé dans ton ascenseur sans fenetres.

[LPFR]

Bonjour.
La définition d'un référentiel inertiel (= référentiel newtonien = référentiel galiléen) est:
Un référentiel est newtonien si les lois de newton s'y appliquent (= si elles sont vérifiées).
Elle n'est pas très satisfaisante pour l'esprit, mais c'est la seule valable.
Au revoir.

[stefjm]

C'est difficile de faire la nuance entre des forces d'inertie et des vraies forces.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4ff2f180]

Ce qui est important c'est de comprendre les postulats de la théorie :
- d'abord on postule l'existence de référentiels Newtoniens (en fait l'existence d'un seul suffit). Dans ces ref, un objet soumis à aucune force à une accélération nulle.
- ensuite on postule que dans ces ref, le mouvement est donné par m.a = Fext. On en déduit alors que les ref Newtonien sont liés les uns aux autres par des translations à vitesse constante.

Donc LPFR à bien résumé le problème à mon avis. Pour savoir si un référentiel est inertiel, il faut vérifier que les lois de Newton sont bien vérifiéeé.

[invité576543]

C'est difficile de faire la nuance entre des forces d'inertie et des vraies forces.

Pas si sûr. Dans les lois de Newton (et LPFR les a toutes incluses) il y a l'action et la réaction.

Tu connais la force de réaction correspondant à la "force centrifuge" pour un objet sur lequel ne s'exerce aucune autre force ?

[LPFR]

C'est difficile de faire la nuance entre des forces d'inertie et des vraies forces.

Bonjour Stefjm.
Oui.
Surtout entre les forces '"d'accélération de gravité" et les forces d'accélération tout court.
Le seul moyen est de mesurer les propriétés de ces forces, comme la dépendance avec la position. Côté pratique ce n'est pas le pied.
Cordialement,

[invité576543]

Je me suis souvent demandé (sans être sûr de la réponse) si on ne peut pas définir un référentiel inertiel comme suit :

1) On choisit un référentiel quelconque.

2) On prend un système isolé modélisé comme un ensemble de points matériels d'accélération (mesurées dans le référentiel) et de masse .

3) On dit que le référentiel est inertiel si on peut décomposer tous les rapports accélération sur masse en , avec .

C'est peut-être bien dire exactement la même chose que "respecter les lois de Newton", toute en mettant l'accent sur la troisième plutôt que sur les autres. (Dans cette approche, les lois de Newton deviennent alors "il existe un référentiel inertiel" !)

PS : Dans cette approche, la gravité newtonnienne ne pose pas de difficulté, il y a bien action et réaction.

[calculair]

Bonjour,

LPFR a soulevé un problème pratique interessant....

Imaginons que je suis dans un vaisseau spatial ( peut être tout notre univers ) et qui est attiré selon une trajectoire rectiligne ( pour simplifier) vers un trou noir.

Le mouvement de vaisseau spatial est uniformement acceléré. Je veux dire qu'il se rapproche de se trou noir de plus en plus vite.

A l'interieur de ce vaisseau toutes les lois de Newton sont respectées.

A proximité du trou noir quand la vitesse de rapprochement s'approche de la vitesse de la lumière, je ne sais pas si cela reste vrai...Et au fond du trou noir....

Pour LPFR qui observe cette chute mon repère n'est pas Newtonien. Il decouvre sans doute la force de gravitation qui accèlère ma chute vers le trou noir....

[Deedee81]

Salut,

A proximité du trou noir quand la vitesse de rapprochement s'approche de la vitesse de la lumière, je ne sais pas si cela reste vrai..

Oui, ça reste vrai, du moins dans un domaine local assez petit pour que les effets de marrée ne soient pas trop grands.

Et au fond du trou noir....

Mais là, tintin. Au centre la RG elle-même est très certainement invalide (singularité).

Pour LPFR qui observe cette chute mon repère n'est pas Newtonien. Il decouvre sans doute la force de gravitation qui accèlère ma chute vers le trou noir....

De loin, ça peut rester "newtonien". Prend un TN de masse solaire. à quelques centaines de millions de kilomètres du TN, on a exactement la même situation que dans notre système solaire et un observateur lointain regardant un objet en orbite à 100 millions de km du TN en déduirait une gravité de type newtonienne avec attraction et tout et tout.... Mais les effets (un des premiers étant l'avance du périhélie) s'écreteraient vite de Newton lorsque les corps s'approcheraient du TN.

[stefjm]

Pas si sûr. Dans les lois de Newton (et LPFR les a toutes incluses) il y a l'action et la réaction.

Tu connais la force de réaction correspondant à la "force centrifuge" pour un objet sur lequel ne s'exerce aucune autre force ?

Une discussion qui devrait t'intéresser. (On avait pas mal dériver par rapport au titre...)

http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post2690964

[b@z66]

Je me suis souvent demandé (sans être sûr de la réponse) si on ne peut pas définir un référentiel inertiel comme suit :

1) On choisit un référentiel quelconque.

2) On prend un système isolé modélisé comme un ensemble de points matériels d'accélération (mesurées dans le référentiel) et de masse .

C'est en cela qu'il faut donc considérer l'univers comme le véritable système isolé "ultime". On retrouve bien aussi d'ailleurs dans cette approche un bel exemple de la dualité modélisation/expérimentation qui résume bien la physique. Par contre, j'ai une question: je vois très bien comment ces référentiels, en MC, peuvent se définir en considérant une répartition de la matière assez localisée dans un univers assez réduit, par contre ces référentiels se définiraient-ils toujours aussi simplement(toujours avec la MC) dans le cadre d'un univers infini où la répartition de la matière serait assez "homogène"(et donc en quantité infinie)?

[Bruno0693]

Bonjour,

Merci beaucoup pour vos réponses. Je vois mieux comment on définit un référentiel galiléen.

Cependant, j'ai toujours du mal à comprendre une partie de la remarque de l'auteur du livre dont je vous parlais.

Il donne d'abord sa définition d'un référentiel galiléen :

Un référentiel galiléen est un référentiel où toute particule libre, sur laquelle aucune force n'agit, est au repos ou animée d'un mouvement rectiligne uniforme.

Ensuite, il fait la remarque suivante :

Il est un fait que cette définition n'en est pas vraiment une, puisque nous ne pouvons jamais savoir qu'aucune force n'agit sur un corps, puisque nous caractérisons l'action d'une force sur un corps par le fait qu'elle peut communiquer une accélération au corps, et donc modifier "son mouvement rectiligne et uniforme".

Ce que je n'arrive toujours pas à comprendre c'est la raison pour laquelle, dans son raisonnement, on ne peut jamais savoir qu'aucune force n'agit sur un corps.

Supposons que je sois dans un référentiel et que je ne sache rien de ce référentiel. J'observe alors une particule dans ce référentiel : quel est l'obstacle épistémologique/logique qui m'empêche de savoir si une force agit ou non sur cette particule ?

Je pourrais, par exemple, étudier le mouvement de cette particule dans ce référentiel. Si il s'agit d'un MRU alors, si le référentiel est galiléen, je peux dire qu'aucune force n'agit sur la particule. Mais, comme je ne sais rien sur le référentiel en question, je ne peux rien dire, quant à l'existence de forces s'exerçant sur la particule, à partir de l'observation de son mouvement.

1) Est-ce ainsi que vous comprenez la remarque du rédacteur ?

2) Est-ce qu'il y a d'autres moyens, autre que l'étude du mouvement, pour déterminer si une force s'exerce sur une particule ?

[invité576543]

1) Est-ce ainsi que vous comprenez la remarque du rédacteur ?

Oui (en mécanique classique)

2) Est-ce qu'il y a d'autres moyens, autre que l'étude du mouvement, pour déterminer si une force s'exerce sur une particule ?

Non (toujours en mécanique classique).

De fait, F=ma définit la force qui s'exerce sur la particule à partir de l'étude du mouvement et d'une connaissance, préalable, de la masse (connaissance qui pose aussi un problème...).

[mariposa]

Bonjour,

Merci beaucoup pour vos réponses. Je vois mieux comment on définit un référentiel galiléen.

Cependant, j'ai toujours du mal à comprendre une partie de la remarque de l'auteur du livre dont je vous parlais.

Il donne d'abord sa définition d'un référentiel galiléen :



Ensuite, il fait la remarque suivante :



Ce que je n'arrive toujours pas à comprendre c'est la raison pour laquelle, dans son raisonnement, on ne peut jamais savoir qu'aucune force n'agit sur un corps.

Supposons que je sois dans un référentiel et que je ne sache rien de ce référentiel. J'observe alors une particule dans ce référentiel : quel est l'obstacle épistémologique/logique qui m'empêche de savoir si une force agit ou non sur cette particule ?

Je pourrais, par exemple, étudier le mouvement de cette particule dans ce référentiel. Si il s'agit d'un MRU alors, si le référentiel est galiléen, je peux dire qu'aucune force n'agit sur la particule. Mais, comme je ne sais rien sur le référentiel en question, je ne peux rien dire, quant à l'existence de forces s'exerçant sur la particule, à partir de l'observation de son mouvement.

1) Est-ce ainsi que vous comprenez la remarque du rédacteur ?

2) Est-ce qu'il y a d'autres moyens, autre que l'étude du mouvement, pour déterminer si une force s'exerce sur une particule ?

Bonjour,

Tout cela m'apparait un peu tordu.

Pour savoir si un repère est galiléen ou non il faut effectuer une expérience test qui vérifie ou non la loi de Newton:

dv/dt = F/m

On connait F et m et on vérifie ou non que ce rapport vaut dv/dt

Le test est positif alors le rapport est galiléen.

En réalité un repère est approximativement galiléen, il faut préciser le domaine spatial et temporel pendant lequel on peut considérer le repère comme approximativement galiléen.

Par exemple si tu étudies le mouvement d'une bille roulant sur une table dans un laboratoire tu trouveras que sur Terre tu es dans un repère galiléen et cela bien que la Terre tourne autour de son centre autrement dit que le repère n'est pas fondamentalement galiléen. Il l'est pourtant en première approximation.

Par contre si tu t'intéresses aux mouvements atmosphériques à grandes échelles, la loi de Newton n'est pas vérifiée car l'on se trouve dans un repère fortement non galiléen. En plus de la force vrai, à la source des vents, s'ajoute une "force de Coriolis" fictive qui est l'expression du caractère non galiléen du repère.

En résumé: Quand on a un repère inconnu, c'est une expérience qui décide si oui ou non un repère est galiléen à une précision prèt.

[invité576543]

On connait F et m et on vérifie ou non que ce rapport vaut dv/dt

La question est "comment connaît-on F ?". On ne peut pas y répondre de manière satisfaisante par "on connaît F".

[LPFR]

La question est "comment connaît-on F ?". On ne peut pas y répondre de manière satisfaisante par "on connaît F".

Bonjour Michel.
On connaît F car c'est nous qui l'appliquons avec un dynamomètre étalonné avec le poids du kilogramme de Sèvres.

J'insiste sur la phrase de Mariposa: il s'agit de faire une manip de test et non de regarder ce qui se passe avec les objets qui se baladent tous seuls.
Au revoir.

[invité576543]

Bonjour Michel.
On connaît F car c'est nous qui l'appliquons avec un dynamomètre étalonné avec le poids du kilogramme de Sèvres.

C'est insuffisant. On connait une force qui s'exerce dessus. Comment montrer que c'est la seule ?

On voit bien avec la notion de "force centrifuge" qu'on ajoute ("invente") des forces quand on n'a pas F=ma avec F les forces connues (dont celles mesurées au dynamomètre).

La question n'est donc pas de connaître une force, mais la totalité des forces s'exerçant sur un point matériel.
---

Plus généralement, dans n'importe quel référentiel, on a F=ma (suffit de définir F comme cela), et par conséquent si F=0, la trajectoire est uniforme.

La question est comment on sépare F en la somme d'une "vraie" F1 et d'une force d'entraînement F2 ? Une solution "simple" est de considérer F2 comme la partie proportionnelle à la masse, mais malheureusement en méca classique cela inclut la gravitation...

[ordage]

Bonjour,

Dans un livre de physique je trouve la définition suivante d'un référentiel galiléen :
Le rédacteur écrit ensuite :
J'ai un peu de mal à comprendre cette remarque.
Supposons que nous soyons dans un référentiel R et que nous observions, dans ce référentiel, un certain objet afin de savoir si une force s'applique sur lui.

- Si on constate que l'objet a un mouvement accéléré dans R, c'est qu'une force s'applique sur lui.

- Si on constate que l'objet a un MRU dans R, pour dire qu'aucune force ne s'applique sur lui il faudrait que R soit galiléen. Mais, pour dire que R est galiléen, il faudrait qu'aucune force ne s'applique sur l'objet animé d'un MRU dans R.

Bref, dans le cas où l'objet a un MRU dans R, on a aucun moyen de savoir si R est galiléen ni si aucune force ne s'applique sur lui.

Est-ce que c'est comme cela que vous comprenez la remarque de l'auteur ?

Merci d'avance pour vos réponses.

Salut

Des éléments de réponses dans cet extrait d'un article de T. Damour?

" Il convient d’abord de distinguer le principe de relativité, qui est commun à Galilée et à Einstein, des théories de la relativité. Le principe de relativité stipule l’existence d’une classe particulière de systèmes de référence par rapport auxquels les lois de la physique locale (c’est-à-dire les lois d’évolution des phénomènes expérimentaux dont on contrôle les conditions initiales et les conditions aux limites dans un laboratoire de taille finie) prennent exactement la même forme. Rappelons que par système de référence (ou référentiel, ou repère, ou système de coordonnées) on entend une procédure expérimentale, utilisant des corps solides et des horloges " de référence ", qui permet d’attribuer univoquement à tout événement une date t et une position spatiale (x , y , z ) = (x 1, x 2, x 3). Parmi les lois de la physique locale, on admet la géométrie euclidienne pour décrire la juxtaposition des corps solides, ainsi que le principe d’inertie. On admet aussi que la classe particulière des référentiels où est valable le principe d’inertie (dits encore référentiels inertiels) est décrite par dix paramètres, correspondant à des changements d’origine du temps et de l’espace, à des rotations euclidiennes constantes et à des déplacements relatifs à vitesse constante. Notons que le principe de relativité constate, sans l’expliquer, l’existence de repères privilégiés où les lois de la physique revêtent une forme simplifiée. Le fait empirique que ces repères sont, avec une bonne approximation, non accélérés par rapport aux étoiles fixes reste incompris. Une détermination théorique satisfaisante des repères inertiels eux-mêmes, en fonction, par exemple, de la distribution de la matière dans l’univers (principe de Mach), n’existe pas actuellement."

Cordialement

[invite6754323456711]

Le fait empirique que ces repères sont, avec une bonne approximation, non accélérés par rapport aux étoiles fixes reste incompris.

C'est un point qui m'a toujours interpellé. On peut changer de référentiel inertiel de manière infini par impulsion successive identique par exemple. Après chaque impulsion je me retrouve à l'état initial de repos (inertiel). Nous avons donc bien affaire à une structure relationnelle dont la vitesse relative pour des corps massif est < c.

Ce qui doit le rejoindre : Une détermination théorique satisfaisante des repères inertiels eux-mêmes, en fonction, par exemple, de la distribution de la matière dans l’univers (principe de Mach), n’existe pas actuellement."

Patrick

[mariposa]

La question est "comment connaît-on F ?". On ne peut pas y répondre de manière satisfaisante par "on connaît F".

Bonjour,


C'est le rôle de l'expérimentateur de créer une situation expérimentale pertinente pour le modèle.

Si l'expérimentateur ne sait pas faire l'inventaire des forces qui agissent sur le système alors il faut changer d'expérimentateur.

J 'ai pris l'exemple de 2 expériences sur Terre: La boule qui roule sur une table et les mouvements atmosphériques.

Pour la boule qui roule sur une table, l'expérimentateur sait, qu'en plus de la force qu'il provoque délibérément, celui-ci connait l'existence des forces de frottements sur la table ainsi que celles provenant des écoulements aérodynamiques. Il sait également que la table doit être horizontale pour éliminer la force gravitationnelle terrestre etc.. D'instinct l'expérimentateur sait qu'il peut négliger le vol d'une mouche au-dessus de la table...

Pour ce qui "force" de Coriolis qui est observable à grande échelle il a été démontré expérimentalement que celle-ci peut-être observée à petite échelle (environ 2m).

C'est justement le boulot de l'expérimentateur que d'éliminer toute les autres causes autres que la "force de Coriolis" et notamment toutes les sources de vorticité.

[invite6754323456711]

Si l'expérimentateur ne sait pas faire l'inventaire des forces qui agissent sur le système alors il faut changer d'expérimentateur.

Une façon apparemment simple pour s'assurer qu'un référentiel est inertiel est de s'assurer que l'absence de force entraîne l'absence d'accélération. F = 0 ==> a = 0

Comment peut on savoir que F = 0 autrement qu'en mesurant une accélération nulle. Dilemme circulaire ?

Patrick

[Seirios]

La définition d'un référentiel inertiel (= référentiel newtonien = référentiel galiléen) est:
Un référentiel est newtonien si les lois de newton s'y appliquent (= si elles sont vérifiées).
Elle n'est pas très satisfaisante pour l'esprit, mais c'est la seule valable.

Dans le Landau, on définit un référentiel inertiel comme un référentiel dans lequel l'espace est homogène et isotrope, et le temps uniforme. A partir de là, ne peut-on pas vérifier expérimentalement le caractère inertiel d'un référentiel grâce à l'hypothèse d'isotropie ? Par exemple, en étudiant un système physique avec une vitesse initiale dans différentes directions ?
A partir de là, on peut montrer que les référentiels inertiels sont en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres, ce qui confère à la notion de force une certaine généralité, puisque l'accélération est invariante par changement de référentiel inertiel.

[mariposa]

Une façon apparemment simple pour s'assurer qu'un référentiel est inertiel est de s'assurer que l'absence de force entraîne l'absence d'accélération. F = 0 ==> a = 0

Comment peut on savoir que F = 0 autrement qu'en mesurant une accélération nulle. Dilemme circulaire ?

Patrick

L'accélération est la conséquence de l'existence d'une force et/ou d'un repère non inertiel.

Par contre une force finie n'entraine pas forcément une accélération. Ton corps est soumis à la force gravitationnel et pourtant il n' y a pas d'accélération par rapport au sol et ce bien que tu sois dans un repère non inertiel.

Tout çà pour dire que la loi de Newton sous sa forme classique doit être vérifiée dans le sens une force maitrisée donne un mouvement mesurable, le lien étant fait par la loi de Newton.

[invite6754323456711]

L'accélération est la conséquence de l'existence d'une force et/ou d'un repère non inertiel.

C'est toute la question. Comment le vérifions nous expérimentalement sans incohérence logique. F= 0 ==> a = 0

Patrick

[mariposa]

Dans le Landau, on définit un référentiel inertiel comme un référentiel dans lequel l'espace est homogène et isotrope, et le temps uniforme. A partir de là, ne peut-on pas vérifier expérimentalement le caractère inertiel d'un référentiel grâce à l'hypothèse d'isotropie ? Par exemple, en étudiant un système physique avec une vitesse initiale dans différentes directions ?
A partir de là, on peut montrer que les référentiels inertiels sont en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres, ce qui confère à la notion de force une certaine généralité, puisque l'accélération est invariante par changement de référentiel inertiel.

Bonjour,

Absolument.

Cela est du au fait que la loi de Newton est la conséquence de la conservation de l'impulsion et à l'invariance de l'impulsion par rotation qui traduisent l' homogénéité et l'isotropie de l'espace. En bref:

dP/dt = 0

Egalement invariant par translation temporelle (homogénéité du temps).

Pour un système de 2 parties on a:

dP1/dt + dP2/dt = 0

En posant F = -dP2/dt

On a :

dP1/dt = F

[mariposa]

C'est toute la question. Comment le vérifions nous expérimentalement sans incohérence logique. F= 0 ==> a = 0

Patrick

C'est à l'expérimentateur de s'assurer de la signification, la pertinence, de l'expérience.

En particulier c'est une très mauvaise idée d'appliquer une force F unique. Il faut faire varier la force en intensité et en direction et s'assurer que la loi de Newton est vérifiée ou non.

[invite6754323456711]

C'est à l'expérimentateur de s'assurer de la signification, la pertinence, de l'expérience.

En particulier c'est une très mauvaise idée d'appliquer une force F unique. Il faut faire varier la force en intensité et en direction et s'assurer que la loi de Newton est vérifiée ou non.

La réponse est donnée dans un cours pour débutant http://www.google.fr/url?sa=t&source...TMpE2nbvdaeThQ

Patrick

[Seirios]

La réponse est donnée dans un cours pour débutant http://www.google.fr/url?sa=t&source...TMpE2nbvdaeThQ

Donc au final, un référentiel en chute libre est un référentiel inertiel ?

[invite6754323456711]

Donc au final, un référentiel en chute libre est un référentiel inertiel ?

Cela en est une généralisation non ?

Patrick