 force d'inertie |
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L'étude des mouvements de l'
atmosphère
s'effectue en la supposant divisée par l'esprit en de très nombreuses
parcelles
contiguës, dont chacune est alors considérée comme un véritable corps matériel constitué d'
air
et continuellement soumis à diverses forces physiques. Or, pour expliquer ou pour prévoir le mouvement de tout corps matériel (S), une loi universelle existe, qui pose qu'à tout instant le produit de la masse de ce corps par l'accélération que subit son centre M
—
appelé le "
centre de masse
" de (S)
—
est égal à la
résultante
en M des forces appliquées à (S) ; en particulier, si le corps (S) n'est soumis à aucune force, M reste immobile ou bien se meut à vitesse constante (donc avec une accélération nulle), conformément au
principe d'inertie
. Ainsi, le mouvement de (S) peut être suivi en décrivant dans l'espace la courbe (T) du parcours de son centre M, ou
trajectoire
de (S), et en notant en chaque point de cette courbe le ou les instants auxquels M est passé par ce point. Toute association d'un repère spatial (défini par rapport à un corps indéformable auquel il demeure "lié") et d'un calendrier avec chronomètre est appelée un
référentiel
: elle permet de décrire les
trajectoires
de tous les corps matériels, et en particulier les mouvements des parcelles atmosphériques. |
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Cependant, comme il est dit dans l'article sur les
référentiels
, la loi précédemment énoncée ne s'applique en toute rigueur que dans un
référentiel galiléen
, c'est-à-dire un référentiel dont le repère est en mouvement à vitesse constante
—
éventuellement nulle
—
par rapport aux étoiles. Or, il est courant que le repère que l'on choisit soit lui-même en mouvement à vitesse non constante par rapport aux étoiles : tel est le cas pour les référentiels liés à la Terre (celle-ci tournant sur elle-même en 24 heures), et en particulier pour les référentiels utilisés en
météorologie
. Alors, la loi universelle de la dynamique n'est plus exacte, ou plutôt elle restera applicable à condition que l'on convienne d'ajouter au jeu de forces s'exerçant sur le corps matériel (S) une ou plusieurs forces supplémentaires appelées forces d'inertie ; l'existence, la définition et la valeur de ces forces dépendent non seulement du mouvement du corps (S) dans le référentiel "non galiléen" utilisé, mais aussi du mouvement propre du repère correspondant par rapport aux étoiles, ou
mouvement d'entraînement
. |
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C'est la modification de la forme géométrique des trajectoires, lorsqu'on passe d'un référentiel galiléen à un référentiel non galiléen, qui impose l'introduction de telles forces afin de "sauvegarder" un énoncé universel de la loi de la dynamique. Ainsi, dans un référentiel lié aux étoiles, un passager d'une automobile prenant un virage se meut avec elle suivant une trajectoire circulaire, mais au même moment, dans un référentiel lié à l'automobile, il ne peut rester immobile qu'au prix d'une compensation de l'effet exercé par une force d'inertie, la
force
centrifuge
(sa trajectoire est alors un point !). L'action de telles forces est suffisamment sensible pour qu'on ne réduise pas les forces d'inertie au rang de forces "virtuelles" : elles révèlent en fait l'effort que doit (ou devrait) produire un objet matériel pour rester solidaire du repère à partir duquel son mouvement est observé. Il est vrai que l'ordre de grandeur de ces forces est très souvent négligeable dans les cas d'étude courants ; mais pour certaines d'entre elles, il n'en est plus de même à l'
échelle
des parcelles atmosphériques (et océaniques) : un ordre de grandeur comparable aux forces "réelles" que sont la
force de gravité
et les
forces de pression
peut ainsi être atteint par la force centrifuge appliquée à la Terre en
rotation
(voir l'
encart 1
) et surtout par une autre force d'inertie, la
force de Coriolis
, qui tend à dévier la trajectoire d'un corps matériel en mouvement initialement rectiligne par rapport à la Terre, d'où l'importance du rôle joué par cette force d'inertie dans les mouvements de l'atmosphère. |
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