Matrice ou tenseur d'inertie d'un solide
En utilisant la définition de l'opérateur d'inertie, on montre que le moment d'inertie du solide S par rapport à un axe \(\vec u\) passant par O s'écrit \(I_{Ou}(S) = \vec u . \Im_O(S) \vec u\).
En introduisant un deuxième vecteur unitaire \(\vec v\), on définit le produit d'inertie du solide S par rapport au plan \((\vec u, \vec v)\) passant par O, qui s'écrit \(P_{Ouv}(S) = \vec u . \Im_O(S) \vec v\).
Par conséquent, dans un repère R cartésien aux axes \(\vec x\), \(\vec y\) et \(\vec z\), on peut écrire l'ensemble des moments et des produits d'inertie sous la forme d'une matrice (ou tenseur) d'inertie :
avec :
\({\color {red} P_{Oxy} = \int xy \, dm}\) produit d'inertie par rapport au plan Oxy
\({\color {blue} I_{Ox} = \int \left ( y^2 + z^2 \right) \, dm }\) moment d'inertie par rapport à l'axe Ox
Attention : Repère de référence
Toujours préciser la base ou le repère dans lesquels est définie la matrice !
Définition : Repère principal d'inertie
La matrice d'inertie étant symétrique et réelle, il existe un repère R' dans lequel la matrice est diagonale. Ce repère est appelé repère principal d'inertie, et ses trois axes directions principales d'inertie.
Les moments d'inertie A', B' et C' sont les moments principaux d'inertie de S en O.